|高亮度固体激光器技术发展研究( 三 )
板条激光器方面 ， 单链路输出功率可以很高 ， 并且可以通过相干 / 偏振 / 光谱 / 时序等合成方式来实现更高功率输出 ， 但与光纤激光相比可靠性略差、热管理较为复杂 。
浸入式液冷薄片激光器方面 ， 虽然可以解决高能激光器增益介质废热过于集中的问题 ， 但由于激光通过冷却液体传输、液体热光系数比固体高两个数量级而带来液体折射率分布不均匀现象 ， 严重影响输出激光的光束质量 ， 且电光效率也比较低 。
光纤激光器在可靠性、热管理和平台适装性等方面具有优势 ， 但由于单纤输出功率受限 ， 实现兆瓦级激光输出的难度很大 。目前 ， 板条激光器的兆瓦级功率输出关键技术已获得突破 ， 在保证光束质量的前提下 ， 有望比光纤激光器更早、更容易实现兆瓦级以上的功率输出应用 。
2. 从激光器研发实践角度
梳理国内外各种技术路线（见图 1 和图 2） ， 可以获得以下初步技术判断：①在数十千瓦输出功率等级内 ， 对于高光束质量、连续输出、对激光光谱线宽无特殊要求的情况 ， 光纤激光技术因其效率高、可靠性高、适装性好而具有比较优势 ， 有望更早实现工程应用；在 100~200 kW 输出功率等级内 ， 光纤激光技术在高光束质量、高可靠性方面的优势仅能勉强保持；在 300 kW 以上输出功率等级内 ， 光纤激光技术已经不符合高亮度的基本要求 ， 光束质量也难以保证 。②相对而言 ， 以板条和薄片为代表的块状固体激光技术 ， 对于数十千瓦至数兆瓦范围的功率需求 ， 在连续体制、脉冲体制、激光线宽压窄要求等方面均有高功率高光束质量输出的技术方案；但光路设计复杂、空间分立元件较多 ， 高效率和高可靠的激光产品技术攻关周期会有所加长 。
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（二）发展趋势
（1）光纤激光技术难以满足 300 kW 以上高亮度输出功率应用要求 ， 以板条和薄片为代表的块状固体激光技术是实现兆瓦级以上功率输出的优选途径（见图 3） 。
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（2）新型大尺寸增益介质的研究进展 ， 如高质量激光晶体 / 陶瓷可以大幅度提升单增益模块的输出功率 ， 为单路激光器功率继续提升提供了重要支持 。
（3）为了提升固体激光器的亮度、转换效率、功率质量比、功率体积比等性能 ， 根本性的措施有：通过合成提升亮度 ， 通过增益介质深冷来提高亮度和效率 ， 进行增益模块结构创新设计 。
五、高亮度固体激光器发展面临的挑战
激光的亮度与功率成正比关系 ， 与光束质量M2 因子的 2 次方成反比关系 ， 可以通过提高功率、改善光束质量这两种途径来提高激光的亮度 。由于受到“热效应”的影响 ， 光束质量随着功率的提升呈下降趋势 ， 最终导致激光亮度并没有按预期随着激光器功率的提升而增加 ， 甚至造成激光亮度的下降 。为此 ， 高亮度固体激光器在发展过程中需着力解决以下方面的技术挑战 。
（1）增益介质是实现增益模块高功率的核心部件 。单口径激光器输出功率的提升 ， 面临着高功率激光放大器模块难以兼具高光学质量、高光学精度、耐受高热流密度等性能特征的难题 。如无法攻克这一问题 ， 固体激光器的输出能力将受到严重制约 。
（2）高亮度固体激光器对于泵浦光的均匀性有着极高要求 ， 而高功率激光二极管泵浦源因其固有的结构特点 ， 面临着光束发散角较大且水平 / 垂直方向不一致、光束强度分布不均匀等难题 。这对固体激光器的输出功率和光束质量构成了明显约束 。
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