緊湊型主動鏡激光器（CAMIL）

緊湊型主動鏡激光器（CAMIL）
　　主動鏡放大器（AMA）是一類公認(rèn)的對光熱畸變先天具有較低敏感度的固體激光器[1]。它具有較大的圓孔徑，從而能夠減小其它結(jié)構(gòu)形式的SSL通常所具有的衍射效應(yīng)和光束截?cái)鄵p失。這些特性使AMA成為大尺寸、較好光束質(zhì)量和高效率的SSL系統(tǒng)很有吸引力的候選結(jié)構(gòu)形式。"薄片激光器"作為AMA的一個(gè)變體，現(xiàn)在德國[2]和美國勞倫斯o利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室正在對其進(jìn)行研究[3]。主動鏡激光器技術(shù)同樣也十分廣泛地與盤片激光器相關(guān)聯(lián)，比如由LLNL發(fā)展的用于核聚變的盤片激光器、新近又用于戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的盤片激光器（如熱容激光器）。
　　波音公司正在研究另外一種AMA的變體，稱作緊湊型主動鏡激光器（CAMIL），該激光器顯示出具有較強(qiáng)的潛在能力，可以達(dá)到較高平均功率 [4]。CAMIL采用大口徑激光增益介質(zhì)，并將其裝配在剛性的致冷的基底上，見圖1。激光介質(zhì)相對比較薄，大約只有2.5mm的厚度，其直徑一般在5到15cm之間。基底包括一個(gè)內(nèi)置的熱交換器，其微通道在基底的前表面，這樣就可以使冷卻液直接浸潤激光介質(zhì)盤片的后表面。除了微通道外，基底的前表面（對著介質(zhì)盤片）還要碾磨拋光成光學(xué)平面。介質(zhì)盤片通過環(huán)圍空氣和微通道中的冷卻液之間的靜壓力差貼附在基底上。作為將增益介質(zhì)粘結(jié)在基底上的備用方法，我們正在研究擴(kuò)散法的可能性。泵浦輻射通過一個(gè)大表面或是通過周圍邊緣引入介質(zhì)盤片內(nèi)。
　　在表面泵浦（面泵）的CAMIL中，基底由對泵浦二極管波長光學(xué)透明的材料制成。盤片的兩個(gè)表面都有二色性的覆層：（1）前表面的覆層對激光波長是抗反射的，而對泵浦波長是反射的，（2）后表面覆層具有正好相反的特性。準(zhǔn)直的泵浦二極管輻射通過光學(xué)透明的基底和熱交換器引入介質(zhì)盤片。泵浦二極管與增益介質(zhì)十分接近，從而可能實(shí)現(xiàn)較好的傳輸效率和泵浦的均勻性。介質(zhì)盤片的基質(zhì)材料（YAG，GGG，或是玻璃）摻雜Nd3+，因此，在激光介質(zhì)中經(jīng)過兩次度越，大部分的泵浦功率都被吸收。盤片的外邊緣有一個(gè)包層，用以吸收放大的自發(fā)輻射（ASE）。熱交換器中的冷卻液選擇時(shí)要避免因?yàn)槲蘸蜕⑸涠鴮?dǎo)致的過多的泵浦能量的損失。如果需要，泵浦二極管光強(qiáng)可以通過孔徑來調(diào)節(jié)以補(bǔ)償增益飽和。面泵的CAMIL十分有助于緊湊的、自成一體模塊的集成，見圖2。
　　另一種可選的CAMIL模塊采用側(cè)面泵浦（側(cè)泵）的方式，這種形式的模塊可適用于像Yb3+這樣的準(zhǔn)三能級增益介質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在這種形式的CAMIL中，如圖3所示，泵浦二極管陣列環(huán)繞增益介質(zhì)盤片的外圍進(jìn)行排列。泵浦輻射首先通過一個(gè)透鏡單元進(jìn)行聚焦，并集中到一個(gè)中空的圓錐形的通道，進(jìn)而引入增益介質(zhì)的周圍邊緣。最好在接受泵浦輻射的盤片邊沿安裝一個(gè)未摻雜的錐形部件，以導(dǎo)引泵浦輻射進(jìn)入增益介質(zhì)。這樣的未摻雜擴(kuò)展部件與棒條激光器中的應(yīng)用類似，在降低熱應(yīng)力和ASE損失方面已顯示出了較高的效率[5]。通過適當(dāng)?shù)貙Ρ闷侄O管陣列的定位和聚焦，能夠?qū)崿F(xiàn)全孔徑激光增益介質(zhì)的均勻泵浦。側(cè)泵的CAMIL的主要優(yōu)點(diǎn)是在基底材料的選擇上更具靈活性（不一定是透明的），而且利用高效Yb:YAG增益介質(zhì)的能力也更強(qiáng)。然而，在一定程度上，這些優(yōu)勢特點(diǎn)卻因需要通過增加激光增益介質(zhì)和泵浦結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性來完成而受到一定的削減。
　　CAMIL模塊可以用來構(gòu)造激光放大器和激光振蕩器。一個(gè)激光振蕩器可以利用10個(gè)或是更多的CAMIL模塊，以獲取足夠高的往返增益，進(jìn)而由非穩(wěn)腔耦合輸出較高功率的激光，見圖4。