固体激光器具有结构紧凑、体积小巧、电力驱动、无污染、成本低廉、续发能力强等诸多优势,在工业加工、国防军事和科学研究等领域有着广泛的应用需求。随着半导体技术的突飞猛进,激光二极管泵浦固体激光器(DPSSL)逐步成熟,涌现出光纤激光器、薄片激光器、板条激光器等一大批新颖结构,功率及光束质量水平屡创新高。然而,受制于热效应和非线性效应,单口径输出固体激光器的亮度水平始终有其上限。单增益模块的高光束质量固体激光器功率水平普遍在数千瓦量级,即使采用了主振荡-功放 (MOPA)结构和光束净化等辅助技术,单口径近衍射极限输出的固体激光链路平均功率也只能达到数十千瓦量级。
相干合成是实现激光器亮度扩展的有效途径。该技术通过相位锁定,使多单元激光链路的输出产生稳定的干涉效果,提高了目标处激光能量集中度,在实现功率扩展的同时保证了系统的光束质量。光纤激光器结构紧凑、易于维护且光束质量优越,因此目前国内外公开报道的相干合成技术大多针对光纤激光器进行研究。而块状固体激光器在大能量、高峰值功率和窄线宽等应用领域有其独特的优势和巨大的潜力,其中板条激光器能够凭借特殊的光路设计降低热效应影响,是当前高能固体激光技术的发展热点之一。
在国际上得到迅猛发展的大功率激光二极管列阵泵浦的固体激光器, DPL迅速走向市场, 器件的物理性能优势扩展为技术应用优势, 在军事、工业、医和科学研究的应用上崭露锋芒。高平均功率1000wDPL器件已试用于汽车工业加工; 25 Mw的DPL绿光器件实现了机载空一海通讯; 5 Mw的高重复频率DPL器件成功地用于飞机和航天器测距, 使大地测绘技术发生革命性飞跃。
海湾战争后, DPL被西方国家列为战术激光武器的发展重点。瓦量级L D 泵浦的掺T m-, Ho-,和Er-中红外激光器, 以其高稳定度和高光束质量的特点, 正用于眼科手术实验; 瓦量级的单横模DPL器件已用于精细机械加工和集成电路修复; 输出mJ量级的单纵模调心和锁模DPL器件被认为是最理想的注入种籽光源。可以预言, 随着激光二极管列阵(LDA ) 和DPL的发展, 激光产业将跃上一个新台阶。
DPL的早期研究多采用端面泵浦方式, 这是由于0.1mm尺度的LD可作为点光源处理,通过适当光学藕合能与固体激光器达到良好的模式匹配, 因此激光闽值低, 输出效率高。随着大功率激光二极管列阵的发展, 1 c m 尺度的一维、二维LDA端面泵浦碰到两个难题: 一是面光源纵向光学祸合系统变得更加困难复杂, 对光学和机械精度要求越来越高; 二是端面泵浦光的高功率密度使局部固体激光介质产生热透镜和热致双折射效应。
侧面泵浦模式复盖度差, 激光闽值高, 效率低, 但是光学藕合简单, 结构紧凑, 热效应小且均匀, 适合大功率线阵和面阵的LD泵浦, 可获得高功率激光输出。近年来, 利用固体激光多次反射折叠腔以增加占空比, 或利用窄缝泵浦内侧全反射方式以增加吸收, 均获得较好的侧面泵浦效果。