受益于半導(dǎo)體技術(shù)和晶體學(xué)的進步，當涉及到快和超快（納秒到皮秒）高功率、工業(yè)級激光系統(tǒng)時，二極管泵浦固態(tài)（DPSS）激光系統(tǒng)已經(jīng)成為業(yè)界熟知的產(chǎn)品。目前，這些系統(tǒng)中最普遍的放大材料是Nd：YAG和釩酸鹽（Nd：YVO4），因為它們具有高增益、大熱負荷能力，以及接近單頻的發(fā)射光譜。
這些四能級系統(tǒng)通常為端面泵浦棒狀或碟片配置，以確保與泵浦光束接近完美的模式重疊，這反過來又提高了諧振光束對晶體中儲能的提取效率。泵浦二極管的窄譜精確地調(diào)諧到釹的808nm吸收線，從而減少了晶體的熱負荷。
二極管陣列的光輸出具有橢圓形截面，使其難以操控。將光直接耦合到光纖容易將泵浦光再導(dǎo)入增益晶體，同時清理陣列輸出的光束形狀，允許多個二極管發(fā)射器堆疊獲得更高的泵浦功率。光纖的輸出端通常置于靠近增益晶體，從光纖尖端到晶體平面之間，僅有高反鏡和兩片再成像透鏡。這種光纖耦合不僅改善光束傳輸，也減少了設(shè)計上的熱提取約束，因為它將諧振器的較大部分生熱（激光二極管）分離出去。為了管理一些高數(shù)值孔徑（NA）光纖輸出的固有后果，光束用透鏡重新縮放，在增益晶體處提供更柔和、更平滑的束腰。
不同類型的打標
對于打標和工業(yè)應(yīng)用，最重要的激光器特性是脈沖能量、重復(fù)頻率和干凈的激光橫模。這種激光器的主要目標，是能夠在各種材料表面上快速打標。我們區(qū)分幾種類型的打標，如深雕、深色退火，以及在特定表面上的顏色退火。
在納秒脈寬區(qū)采用Nd：YAG和Nd：YVO4，需要非常精確的光束性能，以允許在這些打標模式之間的切換。通常情況下，深雕要求完美的高斯光束。這是因為高斯模式是一種傳播時常規(guī)輪廓不發(fā)生改變的自由空間模式，因此會由于實際光束的聚焦（離焦）使峰值功率發(fā)生改變。高斯光束可以在其最強的區(qū)域達到峰值功率遠遠高于電離水平，并創(chuàng)建微觀等離子體，可以去除打標材料精確的一部分。與等離子體的相互作用在表面上創(chuàng)建圓形印記，并具有一定深度？？。當光束以特定圖案進行掃描時，由若干脈沖所產(chǎn)生的連接點形成雕刻對象的外觀。
對于具體的激光源，光束被聚焦得越小，單點將越小，并且將需要越多的點來填充相同大小的區(qū)域。更小點的尺寸最終受限于光束質(zhì)量和衍射極限。使用相同的激光源光束質(zhì)量的打標頭，532nm系統(tǒng)能比1064nm系統(tǒng)打標出更小的點，完全基于衍射極限。
由于諧振腔內(nèi)的各種效應(yīng)，輸出通常不是完美的高斯形。這種偏離表示為光束質(zhì)量（M2）值，對于典型的RMI Laser系統(tǒng)，該值為1.2或更好，其中值為1對應(yīng)于完美的TEM00高斯模式。重要的是要注意到，在諧振器中，改變泵浦條件可以影響增益晶體中的熱梯度，改變光束的M2值，甚至破壞模式結(jié)構(gòu)。對于一些更高功率的應(yīng)用，一個用與增益材料相同但未摻雜的晶體作成的端帽，用于耗散熱量、減小熱透鏡效應(yīng)。該端帽可以與晶體的常規(guī)增益部分光學(xué)粘合或生長在一起。
脈沖特性
泵浦光束束腰尺寸的選擇，意味著橫單模和多模運行之間的差別。在許多應(yīng)用中，如納秒脈寬打標和材料加工，縱模不加以控制，因為它們在工藝過程中不起大的作用。然而，單縱模運行可以通過加入基于法布里-珀羅諧振器的帶通濾光片來實現(xiàn)，而該諧振器具有類似于振蕩頻率整數(shù)倍的增益帶寬濾波的諧振間隔。具有10~15cm腔長（包含兩塊互相平行的反射鏡）、增益晶體和聲光調(diào)制器的典型DPSS Nd：YVO4激光器，可以產(chǎn)生短至10ns、單脈沖能量0.5mJ的1064nm脈沖。該輸出可以通過二次或三次諧波產(chǎn)生（SHG或THG），很容易上轉(zhuǎn)換分別獲得532nm或355nm的輸出。
RMI Laser公司生產(chǎn)數(shù)瓦級的1064nm和532nm系統(tǒng)。較短的波長通常被認為是“冷”打標，并且適用于玻璃、塑料以及其他易裂的類似材料，這是由于使用常規(guī)1064nm光束所產(chǎn)生的吸收導(dǎo)致的溫度梯度。較短波長也等同于打標面更小的焦斑尺寸和更高的峰值強度，從而提高了精度和打標質(zhì)量。
有一種不同類型的激光打標，表面不被激光破壞而是由于氧化改變顏色，稱為退火。典型的深色退火打標要求非常精確的聚焦和能量條件，一項關(guān)鍵因素是所使用的光束輪廓。頂帽或幾乎正方形輪廓的光束將創(chuàng)建均勻的強度分布，從而均勻加熱光束照射區(qū)域。然后，空氣中的氧可以結(jié)合到金屬（通常為鋼）表面改變其顏色（見圖1）。表面的這種重組是無損的，在需要考慮無菌環(huán)境的應(yīng)用中，該方法是首選。
圖1：對峰值功率、打標速度和脈沖個數(shù)的精確控制，能夠?qū)崿F(xiàn)具有大量細節(jié)的不銹鋼彩色激光退火（打印）。這里顯示了一些可獲得的顏色（a）和復(fù)雜圖案的高印刷質(zhì)量（b）。
該工藝的少許改變是彩色打標。彩色打標工藝在表面重構(gòu)中形成氣泡，固化后反射入射環(huán)境光的不同波長。采用RMI的內(nèi)部U-20機器，我們已經(jīng)在產(chǎn)生這些標記方面獲得了巨大成功，通常需要極佳的穩(wěn)定性和可調(diào)諧性，以在特定材料上獲得一致的結(jié)果。
