林學(xué)彤 楊蘇輝2)3)? 王欣2) 李卓2) 張金英2)

1) (北京理工大學(xué)光電學(xué)院, 北京 100081)

2) (精密光電測(cè)試儀器及技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081)

3) (信息光子技術(shù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081)

太陽光直接抽運(yùn)激光器在空間光通信、遙感等領(lǐng)域有著重要的潛在應(yīng)用, 但是一直以來人們對(duì)太陽光抽運(yùn)激光器的研究局限于以摻Nd3+粒子為增益介質(zhì)的1 μm波段.通過對(duì)現(xiàn)有固體激光工作物質(zhì)的吸收譜進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)摻Tm3+離子在太陽輻射較強(qiáng)的可見光波段具有強(qiáng)的吸收峰, 使2 μm人眼安全波段實(shí)現(xiàn)太陽光直接抽運(yùn)激光輸出成為可能.本文對(duì)Tm:YAG和Tm:YAP兩種常見晶體的吸收譜與太陽光譜匹配度進(jìn)行了分析計(jì)算, 得出兩種材料用于太陽光抽運(yùn)激光器的閾值抽運(yùn)功率密度分別為1.14和1.434 kW/cm3.選擇與抽運(yùn)閾值功率密度低的Tm:YAG晶體作為增益介質(zhì), 使用TracePro軟件建立太陽光抽運(yùn)激光器的二級(jí)抽運(yùn)模型,并對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化, 得到了錐形腔窗口與菲涅耳透鏡的最佳距離、晶體棒的最佳長(zhǎng)度以及錐形腔最佳錐度.本文的工作為實(shí)現(xiàn)太陽光直接抽運(yùn)2 μm激光輸出做了理論上的準(zhǔn)備.

1 引 言

2 μm人眼安全波段激光在遙感[1,2]、激光雷達(dá)[3?7]、激光醫(yī)療[8]、空間光通信等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景, 目前國(guó)內(nèi)外已有多家研究單位在2 μm波段固體激光器的研究上取得重要進(jìn)展[9].太陽光抽運(yùn)激光器作為一種新型能量利用裝置, 能夠?qū)⑻柟廨椛渥鳛槌檫\(yùn)源, 將太陽光直接轉(zhuǎn)化為激光,具有能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少、轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長(zhǎng)等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn), 應(yīng)用前景廣泛, 特別是在星載遙感及空間光通信等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用潛力[10].

目前, 國(guó)內(nèi)外關(guān)于太陽光抽運(yùn)激光器的研究局限于以摻Nd3+離子為增益介質(zhì)的1 μm波段, 常用的晶體材料為單摻雜的Nd:YAG或雙摻雜的Cr:Nd:YAG, Cr:Nd:GSGG 晶體和陶瓷材料等[11?14].那么太陽光直接抽運(yùn)是否可以在其他波段實(shí)現(xiàn)輸出呢? 通過對(duì)現(xiàn)有固體激光工作物質(zhì)的吸收譜進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)摻銩離子在太陽輻射較強(qiáng)的可見光波段具有強(qiáng)吸收峰[15], 這使得2 μm人眼安全波段實(shí)現(xiàn)太陽光直接抽運(yùn)激光輸出成為可能.2 μm太陽光直接抽運(yùn)激光器在星載測(cè)風(fēng)雷達(dá)、星載測(cè)量CO2溫室氣體分布等遙感領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景.

摻 Tm3+離子的常用抽運(yùn)波長(zhǎng)為 793 nm, 由于交叉弛豫效應(yīng), 其量子效率可以大于1[16].而摻Tm3+離子在可見光波段的吸收是否會(huì)為2 μm波段的輻射做出貢獻(xiàn)這個(gè)問題, 最近也有了答案.Beyatli等[17]的研究結(jié)果表明, 對(duì)于Tm:YAG晶體, 其吸收譜中位于可見光吸收波段的681 nm吸收峰是 793 nm 吸收系數(shù)的 3 倍.通過實(shí)驗(yàn), 采用波長(zhǎng)681 nm的激光二極管抽運(yùn), 最終實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)為 2019 nm, 功率為 250 mW 的連續(xù)波輸出與超過50%的斜率效率.由此證明, 摻Tm3+離子晶體在太陽輻射強(qiáng)的可見光波段內(nèi)能夠利用的波帶較寬, 在太陽光抽運(yùn)激光器領(lǐng)域具有巨大發(fā)展前景.

本文基于材料的吸收譜與太陽光譜匹配度計(jì)算得到太陽光抽運(yùn)Tm:YAG/Tm:YAP激光器輸出的閾值抽運(yùn)功率密度.采用閾值抽運(yùn)密度較低的晶體作為激光增益介質(zhì), 以菲涅耳透鏡作為第一級(jí)匯聚系統(tǒng), 錐形聚光腔作為第二級(jí)匯聚系統(tǒng).使用TracePro軟件建立太陽光抽運(yùn)激光器抽運(yùn)系統(tǒng)模型, 對(duì)錐形腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化, 得到了錐形腔最佳位置、晶體最佳長(zhǎng)度與錐形腔的最佳錐度等優(yōu)化參數(shù), 為實(shí)驗(yàn)研究做準(zhǔn)備.

2 Tm:YAG/Tm:YAP的太陽光譜匹配度與抽運(yùn)閾值計(jì)算

2.1 太陽光譜模型與晶體光譜匹配度計(jì)算

對(duì)于太陽光譜而言, “太陽常數(shù)”是指在日地平均距離處垂直于太陽光線的平面上, 單位時(shí)間內(nèi)單位面積能夠接收到的輻照度[18].通常, 人們所使用的“太陽常數(shù)”數(shù)值為世界氣象組織所確立的1367 W/m2.但是, 實(shí)際在地面上進(jìn)行測(cè)量時(shí), 往往測(cè)得的輻照度小于1000 W/m2.圖1為ASTM G173-03 (2012)文件標(biāo)定在緯度37°下測(cè)量得到的太陽光譜曲線.在對(duì)圖1所示的光譜曲線原始數(shù)據(jù)建立插值模型后轉(zhuǎn)化為波長(zhǎng)間隔1 nm的數(shù)據(jù)點(diǎn),計(jì)算得到該情形下地表接收到的“太陽常量”大小為 981.7808 W/(m2·nm).

圖1 太陽光譜曲線Fig.1.Curve of solar spectrum.

對(duì)于太陽光抽運(yùn)激光器而言, 確定晶體的吸收光譜是確定激光器抽運(yùn)波長(zhǎng)和偏振方向的依據(jù).本文結(jié)合所確立的太陽光譜模型對(duì)Tm:YAG和Tm:YAP晶體做匹配分析發(fā)現(xiàn): Tm:YAG晶體為各向同性介質(zhì), 無偏振特性; Tm:YAP為雙軸晶體, 取吸收系數(shù)最高的b軸偏振方向作為測(cè)量方向.在已知太陽在地面的輻照光譜與晶體吸收光譜后, 假設(shè)一定波長(zhǎng)下太陽光能夠全部照射到材料上, 其入射輻照度為 W0(λ) , 則可以推斷出晶體對(duì)該波長(zhǎng)的光輻照度吸收值為[19]

式 中, l為 晶 體 長(zhǎng) 度, a 為 晶 體 吸 收 系 數(shù).Tm:YAG晶體共有四條主要吸收帶: 360—410 nm,456—480 nm, 656—720 nm, 747—812 nm.Tm:YAP 晶體同樣有四條主要吸收帶: 360—394 nm,450—494 nm, 643—726 nm, 744—836 nm.兩種晶體的光譜曲線如圖2所示.

圖2 太 陽 光 譜與 Tm:YAP, Tm:YAG 吸收譜 (a) Tm:YAG; (b) Tm:YAPFig.2.Matching curve of crystals and solar spectrum: (a) Tm:YAG; (b) Tm:YAP.

表1 晶體光譜匹配分析結(jié)果Table 1.Spectral matching analysis results of crystals.

將兩種晶體吸收光譜應(yīng)用于太陽光譜模型后,對(duì)圖2中Tm:YAG和Tm:YAP晶體的吸收譜進(jìn)行插值計(jì)算, 分別得到兩種晶體各吸收帶能夠吸收的輻照度能量之和:

式中, M代表晶體吸收對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)間隔內(nèi)的平均輻照度密度, ? λ 代表插值后的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)間隔.將各能量帶吸收能量和與太陽光發(fā)射總的輻照度能量相除即得到各能量帶的光譜匹配度, 具體分析結(jié)果如表1所列.

上述計(jì)算表明, 兩種晶體中Tm:YAP吸收譜與太陽的輻射譜有更好的匹配度, 但是光譜匹配度并不是選擇晶體唯一需要考慮的因素, 還要考慮晶體導(dǎo)熱、對(duì)振蕩光的再吸收等其他因素, 下面分別計(jì)算以兩種晶體為增益介質(zhì)的太陽光直接抽運(yùn)的閾值抽運(yùn)密度.

2.2 激光增益介質(zhì)的閾值抽運(yùn)功率密度計(jì)算

2.2.1 摻 Tm3+激光器速率方程理論

圖3顯示了摻Tm3+晶體的能級(jí)結(jié)構(gòu)圖, 分析能級(jí)躍遷過程后, 建立上能級(jí)粒子數(shù)密度的速率方程及光子數(shù)密度的速率方程:

圖3 Tm3+離子能級(jí)躍遷示意圖Fig.3.Schematic diagram of Tm3+ ion level transition.

式中, R4為 (下同) 抽運(yùn)速率, N2(x,y,z) 代表上能級(jí)的粒子數(shù)密度, σ 代表晶體的受激發(fā)射面積, Km代表上轉(zhuǎn)換損耗系數(shù), τ2代表上能級(jí)壽命, n 代表晶體折射率, Φ 代表腔內(nèi)的光子數(shù), fu代表處于上能級(jí)的粒子玻爾茲曼分布因子, f1代表處于下能級(jí)的粒子玻爾茲曼分布因子, NTm代表總的粒子數(shù)濃度, τc代表光子數(shù)平均壽命, r0(x,y,z) 和s0(x,y,z)分別代表歸一化的抽運(yùn)速率分布及腔內(nèi)光子數(shù)分布.

當(dāng)激光器在穩(wěn)態(tài)下工作時(shí), 上能級(jí)粒子數(shù)及腔內(nèi)光子數(shù)均不隨時(shí)間變化,

且當(dāng)激光器處于閾值狀態(tài)時(shí), 腔內(nèi)光子數(shù)較少, 可以認(rèn)為 Φ ≈0.將各項(xiàng)條件代入速率方程后上能級(jí)粒子數(shù)密度 N2(x,y,z) 與抽運(yùn)速率 R4可以表示為

式中, τc=2L/cδ , δ 代表諧振腔往返損耗, c 代表光速.最終得到閾值條件下抽運(yùn)速率的表達(dá)式為

2.2.2 摻 Tm3+太陽光抽運(yùn)激光器閾值計(jì)算及數(shù)值分析

與傳統(tǒng)激光器抽運(yùn)閾值不同, 對(duì)于太陽光抽運(yùn)激光器, 可以將晶體材料各吸收帶吸收的太陽光輻射功率用來表示激光器的抽運(yùn)速率[20], 即

設(shè) Ni(i = 1, 2, 3, ··) 代表各吸收帶吸收的太陽輻射功率對(duì)抽運(yùn)速率的貢獻(xiàn).對(duì)于激光介質(zhì)的各個(gè)吸收帶, 均有 Piiηu=NihυL.式中, ηu代表吸收的太陽光轉(zhuǎn)化為激光發(fā)射功率的效率, ηu= ηQηS,ηQ代表量子效率, ηS為斯托克斯因子, 表示激光躍遷時(shí)發(fā)射的光子能量與抽運(yùn)光子能量之比;i代表整個(gè)吸收帶內(nèi)的平均吸收系數(shù), Pi代表第i個(gè)吸收帶內(nèi)的太陽輻射功率, Pi=Psolar·ηi( ηi表示各吸收帶內(nèi)的太陽輻射功率占整個(gè)太陽光輻射功率的比例), νL代表激光躍遷頻率.

最終, 將(9)式代入(10)式后得到太陽光抽運(yùn)激光器的閾值抽運(yùn)功率密度為

表2 晶體參數(shù)Table 2.Crystal parameters.

表2列出了Tm:YAG與Tm:YAP兩種晶體材料的晶體參數(shù):

此外, 在計(jì)算閾值的過程中用到的其他參數(shù)有 : 晶 體 棒 長(zhǎng) 度 l 取 70 mm, 諧 振 腔 光 學(xué) 長(zhǎng) 度L=l·n+x , x 為腔內(nèi)除晶體棒外其余部分長(zhǎng)度,n為晶體棒折射率, 最終取諧振腔光學(xué)長(zhǎng)度為150 mm, 諧振腔損耗 δ = 0.01.最終結(jié)算結(jié)果為:Tm:YAG晶體的抽運(yùn)閾值密度為1.14 kW/cm3,Tm:YAP晶體的抽運(yùn)閾值密度為1.434 kW/cm3.

3 基于Tracepro軟件的系統(tǒng)模型建立與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

基于上文中計(jì)算的閾值參數(shù)以及菲涅耳透鏡、錐形抽運(yùn)腔的二級(jí)抽運(yùn)系統(tǒng), 在TracePro軟件中建立太陽光抽運(yùn)Tm:YAG激光器的抽運(yùn)模型.圖4為TracePro軟件中建立的太陽光抽運(yùn)Tm:YAG激光器系統(tǒng)二級(jí)抽運(yùn)系統(tǒng)模型與模型中使用的錐形腔結(jié)構(gòu)圖.為了完整構(gòu)建太陽光抽運(yùn)Tm:YAG激光器的系統(tǒng)模型, 需要在模型中分別對(duì)太陽光源、菲涅耳透鏡、錐形抽運(yùn)腔、Tm:YAG晶體棒與冷卻液體忽略冷卻液流動(dòng)對(duì)抽運(yùn)光分布帶來的影響以及錐形腔入射窗口對(duì)入射光的吸收.

圖4 (a) TracePro 軟件建立的太陽光抽運(yùn)激光器二級(jí)抽運(yùn)模型; (b)錐形腔結(jié)構(gòu)圖Fig.4.(a) Two-stage pumping model; (b) structure diagram of conical cavity.

1)軟件中設(shè)置太陽光源功率密度與上文中計(jì)算參數(shù)一致, 為 981.7808 W/m2, 太陽輻射的發(fā)散角設(shè)為0.27°, 由于距離較遠(yuǎn), 將光源設(shè)置為表面光源, 定義其一面為發(fā)光面.

2)菲涅耳透鏡使用PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)材料, 焦距為 1500 mm, 環(huán)距為 0.33 mm, 厚度為 5 mm, 通光面面型為直徑 2 m 的圓.

3)錐形腔材料設(shè)為紫銅結(jié)構(gòu), 內(nèi)表面使用陶瓷反射面, 腔內(nèi)冷卻液設(shè)置為水.

4)晶體選擇Tm:YAG材料, 其側(cè)面設(shè)置為磨砂面.

3.1 錐形腔窗口位置選擇與優(yōu)化

PMMA材質(zhì)的菲涅耳透鏡作為一種投射式聚光器, 其材料的色散特性會(huì)導(dǎo)致不同波長(zhǎng)的光經(jīng)過菲涅耳透鏡后匯聚焦點(diǎn)不同[21].因此, 對(duì)于太陽光抽運(yùn)激光器而言, 不能簡(jiǎn)單地將錐形腔窗口設(shè)置在菲涅耳透鏡焦點(diǎn)處, 需要尋找錐形腔窗口的最佳位置.在軟件中, 設(shè)置模擬追跡光線條數(shù)為50000條,錐形腔窗口尺寸設(shè)置為Ф40 mm, 將錐形腔在菲涅耳透鏡的焦點(diǎn)附近來回移動(dòng), 改變腔與菲涅耳透鏡之間的距離, 對(duì)錐形腔窗口位置進(jìn)行優(yōu)化.圖5為模擬的錐形腔在不同位置下接收入射光的能量分布.

圖5 錐形腔窗口位置與接受光功率關(guān)系圖Fig.5.Curve of the relationship between the position of conical cavity and the received solar power.

圖5的橫坐標(biāo)代表的是錐形腔窗口距菲涅耳透鏡的距離, 當(dāng)錐形腔窗口位置設(shè)置在距離菲涅耳透鏡 1506 mm 處時(shí), 接收到的光強(qiáng)最大.因此, 錐形腔的最佳位置應(yīng)設(shè)置在距離菲涅耳透鏡1506 mm 處.

3.2 晶體棒長(zhǎng)度優(yōu)化

由于錐形腔的存在, 由菲涅耳透鏡匯聚的太陽光能夠以端面抽運(yùn)與側(cè)面抽運(yùn)結(jié)合的方式混合抽運(yùn)激光晶體, 由于晶體長(zhǎng)度較長(zhǎng), 晶體棒接收到的側(cè)面抽運(yùn)光通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于端面抽運(yùn).因此計(jì)算晶體的側(cè)面抽運(yùn)閾值輻照度對(duì)于晶體長(zhǎng)度的選擇具有重要意義.設(shè)晶體棒半徑為 r , 由(11)式得晶體抽運(yùn)閾值密度為 Psolar.th, 晶體長(zhǎng)度為 l , 晶體側(cè)面抽運(yùn)閾值輻照度為 E0.僅當(dāng)滿足(12)式時(shí), 晶體能夠出光.

最終計(jì)算得到半徑為r的晶體棒側(cè)面抽運(yùn)閾值輻照度為

在TracePro軟件中將Tm:YAG晶體長(zhǎng)度設(shè)置為 100 mm, 錐形腔入射窗口尺寸為Ф40 mm,出射窗口尺寸為Ф6 mm.如圖6 所示, 將錐形腔位置放置于距離菲涅耳透鏡1506 mm處, 進(jìn)行光線追跡, 得到晶體棒側(cè)面入射光通量分布.

圖6 100 mm 晶體棒側(cè)面抽運(yùn)光分布圖Fig.6.Distribution map of side pump power on 100 mmlength crystal rod.

根據(jù)(13)式, 對(duì)于尺寸為Ф6 mm的Tm:YAG晶體, 僅考慮側(cè)面抽運(yùn)情況下, 計(jì)算得到側(cè)面抽運(yùn)的閾值輻照度為 1.71 × 106W/m2.從圖6 可以地明顯看出, 盡管晶體棒側(cè)面接收到的入射總光通量夠大, 但是位于錐形腔后端的晶體側(cè)面接收到的光很少, 無法達(dá)到閾值, 晶體未能起振, 造成了抽運(yùn)光的浪費(fèi).因此, 需要對(duì)錐形腔與晶體的長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化.將晶體長(zhǎng)度分別減少為 90, 80, 70, 60 和50 mm進(jìn)行光線追跡, 觀測(cè)晶體側(cè)面入射光分布并進(jìn)行對(duì)比, 得到了圖7所示的晶體棒軸向抽運(yùn)光輻照度分布圖.

從圖7可知, 當(dāng)逐漸減小晶體棒長(zhǎng)時(shí), 晶體棒前端接收到的抽運(yùn)光輻照度逐步增大, 證明原本晶體后端并未吸收的抽運(yùn)光重新分布在晶體前端, 增大了前端晶體的抽運(yùn)功率密度, 使得腔內(nèi)抽運(yùn)光的利用率得到了有效提升.當(dāng)長(zhǎng)度減小到70 mm時(shí),晶體棒側(cè)面接收到的光輻照度值均大于Ф6 mm晶體的抽運(yùn)閾值輻照度 1.71 × 106W/m2, 證明該長(zhǎng)度下整個(gè)晶體均能起振, 輸出激光.繼續(xù)減小晶體棒長(zhǎng)度, 可以發(fā)現(xiàn)晶體棒接收到的抽運(yùn)光平均輻照度繼續(xù)增大, 但抽運(yùn)總功率變小.為確定晶體棒的最佳長(zhǎng)度, 對(duì)介質(zhì)增益系數(shù)進(jìn)行計(jì)算.對(duì)于激光介質(zhì), 小信號(hào)增益系數(shù)可表示為

式中, ? N 表示反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度, σ 表示發(fā)射截面面積, 將(8)式與(13)式代入(14)式后得到

圖7 不同晶體長(zhǎng)度下晶體棒軸向光輻照度分布Fig.7.Axial irradiance distribution of different-length crystals.

從(15)式可得小信號(hào)增益系數(shù)隨抽運(yùn)太陽光功率增大而增大, 因此在輻照度達(dá)到閾值、晶體利用率最大的情況下, 70 mm長(zhǎng)晶體受到的抽運(yùn)光功率最大, 其增益系數(shù)最大, 因此最終選擇晶體長(zhǎng)度為 70 mm.

3.3 錐形腔錐度優(yōu)化

使用軟件對(duì)錐形腔錐度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì), 晶體長(zhǎng)度設(shè)置為70 mm, 錐形腔有效聚光長(zhǎng)度同樣設(shè)置為70 mm, 將錐形腔入射窗口尺寸設(shè)置為F40 mm,改變錐形腔出射窗口尺寸, 即改變錐形腔的錐度,讓錐形腔出射窗口尺寸分別為 F6 mm, F12 mm,F18 mm, F24 mm, F30 mm 和 F36 mm 時(shí), 晶體棒軸向光輻照度分布如圖8所示.

圖8 不同錐度下晶體棒軸向光輻照度分布圖Fig.8.Axial irradiance distribution of different-taper crystals.

從圖8可以發(fā)現(xiàn), 當(dāng)錐形腔錐度較大時(shí), 其出射窗口尺寸小, 晶體棒接收到的側(cè)面抽運(yùn)總光通量大, 但是在晶體后端接收到的光通量卻較少, 無法達(dá)到閾值, 晶體無法起振, 造成了晶體材料的浪費(fèi).當(dāng)逐漸減少錐形腔錐度, 即增大錐形腔出射窗口尺寸時(shí), 晶體接收到的總光通量變少, 但晶體棒各部分接收到的光通量更加均勻, 晶體利用率得到提高.但當(dāng)錐形腔錐度減小到一定度數(shù)后, 錐形腔的二次匯聚作用減小, 入射抽運(yùn)光在腔內(nèi)反射次數(shù)過少, 溢出錐形腔的光過多, 入射光利用率過低, 同樣也會(huì)造成晶體后端無法起振現(xiàn)象, 使晶體利用率降低.綜合考慮光通量與抽運(yùn)光均勻度后, 確定錐形腔最佳錐度, 出射窗口尺寸選擇為 F12 mm, 此時(shí)入射總光通量最大, 光照均勻度好, 且晶體棒利用率高.

4 結(jié) 論

本文提出了一種采用摻Tm3+離子晶體作為增益介質(zhì)的新型太陽光抽運(yùn)激光器的設(shè)計(jì)方法, 能夠發(fā)出2 μm的人眼安全波段激光.對(duì)兩種常見摻Tm3+離子晶體Tm:YAG和Tm:YAP的吸收光譜與光譜匹配度進(jìn)行了計(jì)算, 并計(jì)算出以兩種晶體用于太陽光抽運(yùn)激光器的閾值抽運(yùn)功率密度分別為1.14 和 1.434 kW/cm3.采用閾值較小的 Tm:YAG晶體, 運(yùn)用TracePro軟件建立了太陽光抽運(yùn)激光器的兩級(jí)抽運(yùn)模型, 并確定了其錐形腔窗口與菲涅耳透鏡的最佳距離為1506 mm, 錐形腔的最佳長(zhǎng)度為70 mm, 錐形腔最佳錐度, 即出射窗口尺寸選擇為 F12 mm.

在未來工作方面有一點(diǎn)特別需要注意的地方:以Tm:YAG或Tm:YAP晶體作為增益介質(zhì)的太陽光抽運(yùn)激光器的抽運(yùn)閾值功率密度比傳統(tǒng)Nd:YAG激光器大, 為達(dá)到工作閾值, 需要匯聚更多的入射光, 從而導(dǎo)致錐形腔內(nèi)熱量增加, 且摻Tm:YAG與Tm:YAP晶體為準(zhǔn)三能級(jí)結(jié)構(gòu), 其工作時(shí)熱效應(yīng)更加嚴(yán)重.對(duì)于本太陽光抽運(yùn)激光器而言, 腔內(nèi)晶體的冷卻工作是未來工作重點(diǎn), 需要尋找新型漫反射冷卻液或采用熱鍵合材質(zhì)晶體以緩解熱效應(yīng).