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积很大，能够很好地吸收，有较小的吸收残余YAG晶体的物理，化学特性都很稳定。吸收带宽高，掺杂度高，导热率较高，性能很好。这样一来，被动调Q固体激光器的性能有很大提升，效率提高，因而得到了很广泛的应用。
可饱和的吸收材料可以用下图的能级结构来表示，在能级1-3中发生跃迁。3~2能级跃迁很快。只有基能态的吸收截面很大，才适合作为被调Q的材料。与此同时，上能态能级2存活时间必须足够长，才会大量消耗基能态的粒子数。若光通量不足以排空基态能级的粒子数，那么激光器谐振腔中的吸收体就不会透过激光辐射。反之，如果粒子数目达到一定数量，那么吸收体就会变成透明的。可饱和吸收体的能级图如图2.7所示。 对于可饱和吸收体来说，吸收系数为如下，其与光线强度有关[12]。速率方程如下式：
?(E)??01?EES (2.9)
式中，?0为小信号吸收系数，Es为饱和能量密度，
Es?hv?gs (2.10)
4能级1→3跃迁的吸收截面用?gs来表示。
3A1B快快2慢τ
图2.7 A为?gs，B为?es,分别是基态和激发态的吸收，激发态的寿命记作?
可饱和的吸收体的参量有以下：初始的透射率为T
0
，使得饱和吸收体变为透明的能
量密度ES，将可饱和吸收体漂白后，可以得到小信号的透射率是
T0?exp(??0ls)?exp(?n0?gsls) (2.11)
可饱和的吸收体的厚度用ls来表示。基能态的粒子的密度用n0来表示。在可饱和的吸收体介质中，位置不一样，则光通量和粒子密度也不同。所以要想算出参数是能量密
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度的透射率，需要就必须考虑这两项因素。
理想情况下，可饱和的吸收体对应不同的入射光能量，透射率可以表示为：
Es??EEs?T?T?In1?e?1?0? (2.12) i??E????近似的，若E?ls和E?Es时，上式可分别化简写作Ti?T0和Ti?1。
然而实际情况中，即使调Q材料能够在基能态表现出饱和的特性，仍旧不可能达到完全的透射，因为光子会被受激原子吸收。上图2.7可以看出，能级2向能级4跃迁，跃迁与能量相对应。基态的粒子数逐渐减少，消耗殆尽，能级2与4之间吸收会增加。当基态达到饱和的状态时，激发能态会发生吸收，激光腔内就会发生残余损耗。
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3 激光二极管抽运的微晶片激光器
六十年代，固体的激光器获得了迅速的发展。因为效率不高，还存在热效应，传统的灯抽运的固体激光器并未获得深入的发展。随着研究的深入，到了80年代后期，出现了全固态的激光二极管的固体激光器。这种激光器有许多优点，效率很高，使用时间长，可靠性好。全固态的激光器扬长避短，在各个领域获得了广泛的应用。发展最迅速的是二极管抽运的微晶片激光器，是激光的重要发展方向。微晶片激光器都能够保证输出单频的理想的光束，为高斯型。因为微晶片激光器的谐振腔的截面都是平面，腔长不长，这种激光器的构造不复杂，成本低，发展前景很好。 3.1 激光二极管抽运技术
激光二极管抽运的固体激光器指的是用激光二极管作为激励源去抽运激光晶体的固体激光器。与传统的闪光灯抽运相比，具有很明显的优点。工作效率很高，体积较小，激光输出性能好，使用寿命长，使得其成为固体激光器的重要发展方向之一。 3.1.1 激光二极管抽运技术的发展
在1960年，纽曼第一次提出激光二极管抽运的固体激光器的设想，随后通过不断地实验研究，最终在1962年制造出了激光二极管，这也是世界上最早的激光二极管[13]。由于其输出的波长和激光晶体(Nd掺杂)的吸收带的吻合性较好，所以，从理论上讲，可以生产出激光二极管抽运的效率高，体积小，使用时间长的激光器。1964年，来自美国的林肯实验室[14]第一次实现了激光二极管抽运的激光。1968年，麦道公司成功运行二极管抽运的Nd: YAG的激光器[15]。1971年，Qstermeys[16]称利用二极管抽运，获取了功率为1.4mW，宽度为1064nm的激光。
早期，二极管必须在液氮下工作，主要用于实验，这个时期，二极管抽运的激光器还很不成熟，采用的是同质结结构，效率低下，波长范围也很小[17,18]。
随着研究的深入，激光二极管可以不必在液氮下工作，可以在室温进行，但是性能不够完备，输出功率和效率比较低[19,20]，还不能进入市场。
八十年代后，物理，化学等基础科学的进步也促进了激光的发展。尤其是分子束外
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延，金属化学气相淀积这类技术的快速发展，量子阱结构等技术的发展，使阈值电流降低成为可能。这样一来，二极管的输出功率以及转化效率得到极大的提高，波长范围展宽，使用时间也增长很多。加之微通道制冷[21]技术的发展，使得大功率激光器成为可能。成本降低，价格随之降低，有些已经进入市场，被人们广泛使用。
劳伦斯.利弗莫尔实验室(LLNL)已经成功输出了70W,273W, 1050W的功率，其采用微通道冷却激光二极管阵列来抽运Nd: YAG晶体板条。OPC公司生产的60W集成化光纤藕合已经步入市场，麦道公司的峰值为350kW的激光器也得到了广泛应用。
二极管的快速发展，带来了新型固体激光材料和二极管抽运技术的繁荣。全固体激光二极管应用到各行各业，在DPSSL锁模运转[22,23]单频运转[24]和频率转换[25]等方面获得很大进步，已经能够实际应用。 3.1.2 激光二极管抽运技术的优点 (1)提高了工作效率
在808nm时，跟传统的闪光灯的发射带相比，激光二极管的发射带能够与钕吸收带进行很好的光谱匹配，因而其产生的抽运速率很高。
从表面上看，激光二极管的辐射输出能量与输入能量相比，即效率，只能够到达25%—50%，而闪光灯的辐射输出能量与输入能量相比，即转换效率，能够到达70%。激光二极管比闪光灯的效率低得多。但是，钕吸收带不一样，只能吸收极小的一部分灯的辐射能量，而激光二极管可以自行选择输出波长，若选定某种固体激光器，我们能够自行设定，达到完全处于吸收带的状态。 (2)延长了元件的寿命
在处于连续工作的状态时，激光二极管阵列可以使用时间是104h，可以产生109次脉冲。在连续工作时，闪光灯能够使用时间是500h，可以产生Es次脉冲。所以激光二极管抽运固体激光器比闪光灯抽运的激光器有很大的优越性。其系统的寿命长很多，可靠性也高许多。 (3)改善了光束质量
将激光二极管抽运固体激光器的发射与长波长钕吸收带之间的光谱进行合理匹配，就会降低激光材料积累热损耗，这样就会减小热透镜的效应，提高光束品质。另外，合理利用激光辐射的方向性，那么抽运辐射与低阶模的光谱就会很好的匹配，就可能输出
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亮度极高的激光。 (4)增大脉冲重复率
准连续激光二极管不但能像传统的闪光灯一样有较低的重复率，而且能像连续的弧光灯一样连续运行。带有此种二极管的固体激光器可以运转在几百赫兹到几千赫兹的重复率范围内。 (5)有利于健康
激光二极管抽运的系统避免了高压的脉冲，高温，也没有紫外线的辐射，所以不会对健康产生影响。由于灯抽运的系统会产生紫外线，那么就会导致抽运腔和冷却水发生衰变，系统就不会稳定运行。激光二极管抽运的激光器没有紫外线的辐射，不会出现这类问题。
(6)很好的发展空间
激光二极管输出的光束有方向性，而且其发射角度很小，在这样的条件下，为新型激光器开辟了道路。可以在机构和设计构造作出改变，设计出端面抽运的系统，微芯片激光器以及光纤激光器。 (7)实用性和兼容性强
激光二极管抽运的大多数材料可以用闪光灯代替二极管来抽运。但是，很多非常有用的材料如ND:YVO4、YB:YAG和Tm:YAG等，只能够用激光二极管抽运。 3.1.3 激光二极管的抽运方式
用稼和铭按照一定的比例，制作出的二极管，可以输出接近800nm的波长。这种二极管具有很高的适用性，与几种激光发射离子的强吸收带能够很好地匹配。特殊地，这种二极管阵列能够产生出于多种基质材料中铁的吸收带相匹配的光谱，宽度在3-4nm。 这种完美的匹配，使得抽运源能够高效率地产生反转粒子数，而且二极管阵列输出具有方向性，能够高效的将抽运辐射传输到密耦合结构的材料，或者利用光学系统，将抽运的辐射传到增益介质当中。二极管抽运源有一部分具有相干的特性，一种情况是产生的聚焦光斑小，另一种可能是通过调节，能够与谐振腔模式匹配。
二极管与闪光灯相对比，光谱特性和空间特性优势明显，二极管的抽运源，抽运辐射传输效率都很高，在抽运区和谐振腔之间，空间交叠比较大。
以二极管激光束的输出为依据来划分，二极管有两类抽运方式。一种是端面抽运