新型雷射陶瓷是繼單晶和玻璃之後又一種優秀的雷射介質，它不僅具備良好的材料和光學特性，而且具有強大的製備優勢，伴隨雷射透明陶瓷先進製造技術的不斷發展，光學級、高摻雜、大尺寸、多功能透明陶瓷越來越多的被應用在固體雷射器設計和製造中，憑藉優異光電功能的特性，雷射透明陶瓷的研發和應用不僅延伸至傳統固體雷射器的各個領域，並表現出比傳統雷射晶體更加優異的效能，而且不斷突破現有固體雷射技術的侷限，有力的推動了新型固體雷射器的發展。
按工作物質形狀來分類，透明陶瓷雷射器可以分為棒狀雷射器、板條雷射器, 碟片雷射器和光纖雷射器等4類。
1、 高效陶瓷棒狀雷射器
採用與傳統nd:yag固體雷射器相同的諧振腔結構，可分為側面幫浦浦（見圖1）和端麵幫浦浦（見圖2）兩種型別。由於將高摻雜濃度的透明陶瓷圓棒作為雷射介質，從而使光-光轉換效率有顯著提高。
圖1 側面幫浦浦雷射器結構
圖3 高效率nd：yag透明陶瓷雷射器
對於側面幫浦浦結構，幫浦浦源可以是燈幫浦浦，也可以採用雷射二極體。圖3所示為中科院上海光學精密機械研究所採用超均勻側面幫浦浦技術在1 at.% nd:
yag陶瓷棒中獲得輸出功率236 w，斜率效率62% 的連續雷射輸出。 圖中(a)為側面幫浦浦nd:yag陶瓷棒雷射器的實驗裝置原理，圖(b)為nd:
yag陶瓷雷射器的截面示意圖，採用超均勻側面雷射二極體陣列幫浦浦。
2、陶器板條雷射器
普通固體雷射器雷射工作物質的幾何形狀為圓棒狀，溫度梯度的方向與光傳播方向垂直，在熱負荷條件下運轉時，將產生嚴重的熱透鏡效應和熱光畸變效應，使得光束質量降低，並限制了雷射功率的進一步提高。板條雷射器（見圖4、5）的工作物質為板條形狀，該雷射器從結構上克服了雷射棒的熱變形(熱透鏡效應)，故有功率大(達2kw以上)、光束發散角小(接近衍射極限)，可獲得高質量雷射輸出，從而提高了加工能力，可進行超深加工，如鑽孔深達76mm，切割厚度達40mm。
圖4 單板條dpl雷射器結構示意圖
圖5 雙板條串接dpl雷射器結構示意圖
在陶瓷板條雷射器中，溫度梯度發生在板條厚度方向上(板條寬度方向上的兩側面被熱絕緣)，而光在厚度方向的兩側面(即幫浦浦面)上發生內全反射，呈鋸齒形光路在兩幫浦浦面之間傳播，光傳播方向近似與溫度梯度方向平行，可基本避免熱透鏡效應和熱光畸變效應，大幅度提高了雷射輸出功率。其發展方向是用大功率半導體列陣雷射器側向面幫浦浦，以獲得更高的效率和更好的光束質量。
美國達信公司用其特有的thinzag技術和大尺寸的陶瓷nd∶yag薄板條作為雷射增益介質,六個增益模組串聯（見圖6）形成諧振腔單口徑實現100 kw的雷射輸出，單模組可實現17kw的雷射輸出。
圖6 thinzag增益模組結構示意圖
3、碟片雷射器
碟片式雷射器（disk laser）的晶體形狀為薄碟片，增益介質通常是yb：yag晶體、nd：yag晶體和用於寬波長調諧的摻鐿增益介質。
雷射透明陶瓷作為效能相近的光電功能材料，有望應用於碟片雷射器設計和製造。
碟片雷射器增益介質通常厚度為200μm，直徑為10mm，由半導體雷射器從晶體的前表面進行幫浦浦，近似於常用的端幫浦技術。薄片晶體整個粘接在熱沉上，所以晶體的冷卻效率非常高（見圖7）。
圖7 碟片雷射器原理圖
，一般的次數為32次，從而產生很強的雷射輻射（見圖8）。
圖8 端麵幫浦浦碟片雷射器結構示意圖
薄碟片中的增益介質是晶體，通常是yb：yag、nd：yag和用於寬波長調諧的摻鐿增益介質。
碟片雷射器設計理念的提出，有效地解決了固體雷射器的熱效應問題，實現了固體雷射器高平均功率、高峰值功率、高效率、高光束質量的完美結合。目前全球僅有德國trumpf公司具有生產高功率碟片雷射器的技術，最高功率達到16千瓦，光束質量達到8公釐/毫弧度，實現了機械手的雷射遠端焊接和大幅面雷射高速切割，為固體雷射在高功率雷射加工領域開闢了廣闊的應用市場。
4、陶瓷光纖雷射器
陶瓷光纖雷射器由日本實驗室ikesue 課題組提出構想，並成功製備出雙端冷卻帽結構的nd:yag陶瓷光纖，如圖9所示。由於yag陶瓷的熱機械效能遠優於傳統光纖所用的石英基質，陶瓷光纖單位長度所能承受的功率密度8 w/cm 遠高於石英光纖(約1.
3 w/cm) ，探索高功率陶瓷光纖雷射器將有廣闊的應用前景。目前國內相關報道比較少見。
圖9 nd：yag陶瓷光纖的形態
此外，超短脈衝陶瓷雷射器和復合結構陶瓷雷射器也將是陶瓷雷射器的重要研究方向。
雷射器的工作原理及應用
雷射器一 固體雷射器。1.nd yag 圖1 固體雷射器nd yag 的組成圖 圖2固體雷射器nd yag 的工作原理圖 圖3 雷射腔的構造 b.nd yag雷射的光學特性 圖4 nd yag雷射的光學特性 圖5 nd yag雷射脈衝的相關引數 圖6 雷射聚焦的光學特性 聚焦一 圖7 雷射聚焦的光學...
光纖雷射器工作原理及發展
1 引言 光纖雷射器於1963年發明，到20世紀80年代末第一批商用光纖雷射器面市，經歷了20多年的發展歷程。光纖雷射器被人們視為一種超高速光通訊用放大器。光纖雷射器技術在高速率大容量波分復用光纖通訊系統 高精度光纖感測技術和大功率雷射等方面呈現出廣闊的應用前景和巨大的技術優勢。光纖雷射器有很多獨特...
CO2雷射器的工作原理
發布時間 2011 6 10 0 00 00 資訊 作者 網際網路 co2雷射器光電效率相對較高，不造成工作介質損害，發射出10.6 m波長的不可見雷射，是一種比較理想的雷射器。按氣體的工作形式可分封閉式及迴圈式，按激勵方式分電激勵，化學激勵，熱激勵，光激勵與核激勵等。co2雷射器的工作原理 與其它...