多樣化的激光器激勵(lì)技術(shù)激光泵浦可以通過多種方法實(shí)現(xiàn)，每種方法都有其獨(dú)特的機(jī)制：

光泵浦：使用光（通常來自另一個(gè)激光器或閃光燈）來激發(fā)增益介質(zhì)中的粒子。

電泵浦：在半導(dǎo)體激光器中常見，這種方法使用電流來刺激激光介質(zhì)。

化學(xué)泵浦：較少見，這種技術(shù)涉及啟動(dòng)化學(xué)反應(yīng)以為激光介質(zhì)提供必要的能量。

比較不同方法每種泵浦方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。光泵浦多功能且廣泛使用，但由于波長(zhǎng)不匹配可能效率較低。另一方面，電泵浦對(duì)某些介質(zhì)（如半導(dǎo)體）非常高效，但其應(yīng)用受限于特定類型的激光器?；瘜W(xué)泵浦提供高能量輸出，但由于操作挑戰(zhàn)，較為復(fù)雜且不常用。

不同類型激光器中的泵浦實(shí)踐激光泵浦在各種類型的激光器中都有應(yīng)用，每種類型都以獨(dú)特的方式利用這一概念：

• 在固態(tài)激光器中，如Nd:YAG激光器，通常采用光泵浦。使用閃光燈或二極管激光器來激發(fā)固體晶體介質(zhì)。

• 半導(dǎo)體激光器通常使用電泵浦。在這里，通過半導(dǎo)體結(jié)上施加電流，創(chuàng)建必要的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

• 氣體激光器，如CO2激光器，可以通過電泵浦，其中電放電激發(fā)氣體分子。

效率與輸出的關(guān)聯(lián)泵浦方法的效率直接影響激光器的性能。高效的泵浦導(dǎo)致更高的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化為更強(qiáng)、更穩(wěn)定的激光輸出。相反，效率低下的泵浦不僅降低輸出功率，還可能導(dǎo)致過熱等問題，影響激光器的壽命和性能。

總之，激光泵浦是激光技術(shù)的基礎(chǔ)方面，其多樣化的方法適用于不同類型的激光器。泵浦方法的選擇顯著影響激光器的效率和應(yīng)用，使其成為激光器設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的一個(gè)關(guān)鍵考慮因素。

常見的有以下幾種： 

★直接帶隙半導(dǎo)體，例如GaAs, AlGaAs, InGaAs，它們通常是由電流泵浦，以量子阱的形式（可參閱半導(dǎo)體激光器） 

★激光晶體或者玻璃，例如Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石，參閱釔鋁石榴石激光器)，Yb:YAG(摻鐿YAG)，Yb:玻璃，Er:YAG（摻鉺YAG），或者鈦藍(lán)寶石，以固體片狀形式（可參閱固體體激光器）或者光學(xué)玻璃光纖（光纖激光器，光纖放大器）。這些晶體或者玻璃摻雜了一些激光活性離子（大多數(shù)情況下為三價(jià)稀土元素離子，有時(shí)為過渡金屬離子），并且用光波泵浦。采用這些介質(zhì)的激光器通常被稱為摻雜絕緣體激光器。 

★陶瓷增益介質(zhì)，通常也摻雜稀土元素離子。 

★在染料激光器中采用激光染料，通常是液體溶液。 

★氣體激光器是采用一些氣體或者氣體混合物，通常采用放電器泵浦（如CO2激光器和受激準(zhǔn)分子激光器）。 

★一些特殊的增益介質(zhì)，如化學(xué)增益介質(zhì)（將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成光能），核能泵浦介質(zhì)，還有自由電子激光器中的波蕩器（將快電子束中的能量轉(zhuǎn)移到光束中）。 

相比于大多數(shù)的晶體材料，離子摻雜的玻璃具有更大的放大帶寬，允許大的波長(zhǎng)調(diào)諧以及產(chǎn)生超短脈沖。缺點(diǎn)則是稍差的溫度特性（限制得到的輸出功率）和小的激光截面，導(dǎo)致大的泵浦功率閾值（對(duì)于無源鎖模激光器）以及調(diào)Q不穩(wěn)定性。晶體、陶瓷和玻璃的摻雜濃度通常需要小心的進(jìn)行優(yōu)化。在短波長(zhǎng)處存在強(qiáng)泵浦吸收的情況下需要摻雜濃度比較高，但是這也會(huì)引起與淬滅過程相關(guān)的能量損耗，例如由于激光活性離子團(tuán)簇引起的上轉(zhuǎn)換過程和能量轉(zhuǎn)移到缺陷。 

重要的物理效應(yīng) 

大多數(shù)情況下，放大過程的物理基礎(chǔ)為受激輻射，也就是入射的光子引發(fā)更多的光子輻射，這是激發(fā)的激光活性離子先躍遷一個(gè)稍低能量的激發(fā)態(tài)。四能級(jí)增益介質(zhì)和三能級(jí)增益介質(zhì)的過程是有差別的。 

不經(jīng)常發(fā)生的放大過程是受激拉曼散射，涉及到將一些高能量的泵浦光子變?yōu)榈湍芗?jí)的光子和聲子（與晶格振動(dòng)相關(guān)）。 如果入射光功率很高，增益介質(zhì)達(dá)到增益飽和后，增益會(huì)降低。也就是說，在有限的泵浦功率時(shí)，放大器不能將任意多的功率加到入射光束中。在激光放大器中，飽和情況下上能級(jí)離子數(shù)降低，由于受激輻射的原因。 

增益介質(zhì)中存在熱效應(yīng)，由于一部分泵浦光功率被轉(zhuǎn)化成熱量。產(chǎn)生的溫度梯度和隨之而來的機(jī)械應(yīng)力會(huì)引起棱鏡效應(yīng)，使放大的光束發(fā)生畸變。這些效應(yīng)會(huì)毀掉激光器的光束質(zhì)量，降低效率，優(yōu)勢(shì)甚至摧毀增益介質(zhì)（熱破裂）。 

激光增益介質(zhì)的相關(guān)物理性質(zhì) 

在激光應(yīng)用中，許多增益介質(zhì)的物理性質(zhì)都很重要。主要包括： 

☉在需要波長(zhǎng)區(qū)域的激光躍遷過程，最好峰值增益發(fā)生在此區(qū)域 

☉在工作波長(zhǎng)區(qū)域基底介質(zhì)具有高度的透明度 

☉好的泵浦光源，高效的泵浦吸收 

☉合適的上能級(jí)壽命：在調(diào)Q開關(guān)應(yīng)用時(shí)要足夠長(zhǎng)，需要對(duì)功率進(jìn)行很快調(diào)制時(shí)需要足夠短 

☉高的量子效率，由低淬滅效應(yīng)，激發(fā)態(tài)吸收和類似過程得到，或者從有利效應(yīng)，如多光子躍遷或能量轉(zhuǎn)移得到 

☉理想的四能級(jí)行為，因?yàn)闇?zhǔn)三能級(jí)行為引入一些其它額外的限制 

☉高強(qiáng)度和長(zhǎng)壽命，化學(xué)穩(wěn)定性 

☉對(duì)于固態(tài)增益介質(zhì)：基地介質(zhì)需要具有好的光學(xué)質(zhì)量，可以切割或者拋光的很高質(zhì)量（合適的硬度），允許摻雜高濃度的激光活性離子而不會(huì)形成團(tuán)簇，化學(xué)穩(wěn)定性好，好的熱傳導(dǎo)性和低熱光系數(shù)（高功率工作時(shí)弱的熱棱鏡效應(yīng)），抗機(jī)械應(yīng)力，光學(xué)各向同性通常需要，但有時(shí)雙折射（減小熱去極化效應(yīng)）和與偏振相關(guān)的增益也會(huì)需要（參閱激光輻射的偏振） 

☉高增益時(shí)的低泵浦功率閾值：輻射截面與上能級(jí)壽命的乘積比較大 

☉對(duì)泵浦光源的光束質(zhì)量要求低：高的泵浦吸收是需要的 

☉波長(zhǎng)調(diào)諧：需要大的增益帶寬 

☉超短脈沖產(chǎn)生：增益譜寬并且平坦；合適的色散和非線性 

☉無需調(diào)Q穩(wěn)定性的無源鎖模激光器：足夠大的激光截面 

☉高能脈沖放大（正反饋放大器）：高的光學(xué)損傷閾值和不太高的飽和對(duì)增益的影響 

注意在有些情況下需要一些相互沖突的要求。例如，非常低的量子缺陷是與四能級(jí)系統(tǒng)不符合的。大的增益帶寬對(duì)應(yīng)的激光截面與理想狀況下相比較小，并且這樣量子缺陷不會(huì)很小。固態(tài)增益介質(zhì)中的無序性提高了增益帶寬，但是同時(shí)也降低了熱傳導(dǎo)性。短的泵浦吸收長(zhǎng)度是有利的，但是這會(huì)加劇熱效應(yīng)。不同的情況下對(duì)增益介質(zhì)的要求不同。因此，很多增益介質(zhì)對(duì)于應(yīng)用還是非常重要，在優(yōu)化激光器的設(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的增益介質(zhì)是非常必要的。

按組成諧振腔的兩塊反射鏡的形狀及它們的相對(duì)位置，可將光學(xué)諧振腔分為：平行平面腔，平凹腔、對(duì)稱凹面腔、凸面腔等。按反射鏡面的幾何形狀來區(qū)分，諧振腔有平面腔、球面腔、非球面腔（包括柱面腔與全反射棱鏡腔）等類型；按腔內(nèi)振蕩波型的橫向偏折損耗的不同來區(qū)分，有穩(wěn)定腔（低損耗腔）、非穩(wěn)定腔（高損耗腔）、亞穩(wěn)腔等腔型。此外，還有色散諧振腔、耦合諧振腔以及波導(dǎo)腔（如光學(xué)纖維波導(dǎo)腔）等腔型。

平凹腔中如果凹面鏡的焦點(diǎn)正好落在平面鏡上，則稱為半共焦腔；

如果凹面鏡的球心落在平面鏡上，便構(gòu)成半共心腔。

對(duì)稱凹面腔中兩塊反射球面鏡的曲率半徑相同。

如果反射鏡焦點(diǎn)都位于腔的中點(diǎn)，便稱為對(duì)稱共焦腔。

非穩(wěn)腔:腔內(nèi)光線經(jīng)過有限次往返傳播后逸出腔外的諧振腔。

臨界腔:能夠保證截面平行于反射鏡面的光束在反射鏡間傳播不逸出。

內(nèi)容來源：編輯整理