DPSS是Diode Pumped Solid State (DPSS) Lasers的简称。

二极管泵浦固体（DPSS）激光器是用激光二极管泵浦的固体激光器。它们提供非常短的纳秒级脉冲，具有很高的峰值功率和重复率，而且热输入很少。这些激光器可提供各种不同的波长，具有非常好的光束质量。这些激光器的增益介质是掺有杂质的玻璃或晶体，如钕、铬、铒或其他离子。这种增益介质被放置在两个镜像表面之间。这种激光器中主要使用的激光晶体是掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）、掺钕正钒酸钇（Nd:YVO4，）和磷酸钛钾（KTP）。KTP晶体在极高的输出水平下对光学损伤很敏感。DPSS激光器是用具有较长寿命的二极管模块进行光学泵浦的。由于激光二极管具有较低的噪声强度，所以二极管泵浦激光器的噪声也非常低。图1表示DPSS激光器的内部图。

图1：DPSS激光器的内部示意图

DPSS激光器是连续波激光器，也可以通过Q开关在脉冲模式下工作。这些激光器对温度很敏感。与闪光灯泵浦激光器相比，它们的设计更紧凑，激光头更小，而且非常高效、可靠和灵活。它们还需要非常少的维护。这种激光器有可能产生谐波，允许从紫外线到红外线的波长发射。常用的DPSS激光器是532纳米的绿色激光器。DPSS激光器利用二极管激光器的窄线宽特性和高亮度。这导致了最大的吸收，从而提高了效率。

DPSS激光器的工作原理

包含激光晶体的增益介质被放置在一个用两面镜子形成的谐振腔之间。其中一面镜子是完全反射的，另一面是部分反射的。来自激光二极管的激光用聚焦透镜聚焦在增益介质上。在绿色发射的DPSS激光器中，砷化铝（AlGaAs）二极管模块以808纳米的波长泵浦Nd:YAG激光器，导致1064纳米波长的激光发射。激光通过部分反射镜传输，并通过输出耦合器出来。这个波长通过KTP晶体中的非线性光学过程进行频率加倍，产生532纳米的波长。图2表示DPSS激光器的原理图。

图2：DPSS激光器的示意图

激光可以改变材料系统的光学特性。在频率倍增中，也称为二次谐波产生，频率为ω的光子与具有二阶非线性光感度χ(2)的非线性介质或晶体相互作用，形成频率为2ω的两倍的光子。二阶非线性光学相互作用只能发生在非中心对称的晶体中，即不显示反转对称性的晶体。当频率为ω的基波光束在非线性晶体中传播时，其强度被耗尽，频率为2ω的二次谐波的强度开始增长。二次谐波的产生将固定频率的激光器的输出转换到不同的光谱区域。例如，Nd:YAG激光器在近红外范围内工作，波长为1.06 µm。二次谐波发生器将这一波长转换为0.53微米，处于可见光谱的中间。

图3：二次谐波产生的几何学和能级图

在图3中，两个频率为ω的光子被转换为频率为2ω的光子。对于频率加倍，必须满足相位匹配的条件，它是由：

∆k = k₂ – 2k₁ = 0

其中k1和k2分别是基波和二次谐波波束的文数。通过对晶体的角度调整，达到相位匹配的条件。

泵浦机制

二极管泵浦的固体激光器是使用激光二极管进行光学泵浦的。不同类型的激光二极管被用于此目的。小型边缘发射激光二极管被用来泵浦功率不超过200 mW的低功率激光器。这些激光器的光束质量是有衍射限制的。广域激光二极管被用来结束对输出功率为几瓦的固体激光器的泵浦。它们有一个不对称的光束质量。高功率激光器是用输出功率超过100瓦的高功率二极管棒进行泵浦。这些激光器的光束质量也是不对称的，而且很差。它们的辐射度比低功率二极管低。光束整形器被用来使光束轮廓对称，以便光束可以用来泵送巨大的激光器和将光耦合到光纤中。对于更高的功率，如多千瓦，可以使用二极管堆来侧面泵浦激光器。这些激光器的光束质量和辐射度也较低。二极管泵浦的主要缺点是它需要每瓦泵浦功率的高成本。

DPSS激光器的能级图

DPSS激光器是一个四级激光系统，如图4所示。在二极管泵浦Nd:YAG激光器的情况下，处于基态E0的原子或分子吸收激光二极管的808纳米波长，并被激发到寿命较短的能级E3。因此，它们会进行非辐射过渡到能级E2。

图4：二极管泵浦的Nd:YAG激光器的能级转换

E2是一个可转移的状态，其寿命很高。这有助于在能级E2和E1之间形成群体反转。因此，发射波长为1064纳米的激光发生在这两个层次之间。然后，原子从E1向基态E0进行非辐射过渡。DPSS激光器的输出波长因二极管而异。

DPSS激光器的应用

二极管泵浦固体激光器被用于各种应用，如医学、牙科、军事、工业、研究等。这些激光器被用来为体育赛事、音乐会和其他大型集会创造明亮和多彩的显示效果。它们被用于科学研究，研究材料和分子的特性。它们被用于工业应用，如对准和定位、激光切割、焊接、钻孔、熔覆、硬化、修剪等。这些激光器产生高度集中的强光束，可以切割和焊接从金属到塑料的材料。

DPSS激光器在医疗和牙科领域也有应用。在这些领域，它们被用于不同的程序，如激光治疗、激光手术和激光辅助牙科。这些激光器可以去除组织或修复损伤，而不会对周围地区造成很大的损害。

它们也被用于军事和航空航天领域。在军事方面，它们被用于通信、远程音频间谍、防御性反措施、目标指定和武器研究。例如，DPSS激光器被用于猎雷系统，以探测和分类从海底到地面的地雷。这个激光系统从直升机上拖到水下，它给操作人员提供实时声纳图像，以查看和记录类似地雷的物体。DPSS激光器被用作月球侦察轨道器（LRO）卫星的测距器。为美国宇航局重返月球做准备的月球表面的精确地图是LRO的目标之一。地面站包含DPSS激光器，用于确定卫星的范围和航天器的位置。因为这项技术，月球的方向和重力得到了更好的了解，这对研究月球的结构和导航非常重要。