红宝石激光器的技术发展

显然，要产生激光的先决条件是有一束富含紫外和绿光的强光束照射到激光棒内，使得离子翻转密度达到阀值。一种被广泛使用的方法就是用脉冲氙灯做强光源。结构很简单，只要把氙灯的光投射到红宝石棒子上就可以了。　　闪光灯，有几个重要的参数。我们关心的其实就两个，弧长和1800v、电解电容下的炸灯能量。一般的，闪光灯为了适应工业用途，datasheet标称的工作电压是1500v以上的一个值，只有满足这个储能电压才能达到标称的光能密度和脉冲宽窄（主峰0.5ms以下，满足打孔的需要）。
主流的闪光灯有以下两种：
1、最早的结构就是环形闪光灯
世界上第一个激光器用的是一种多圈环形闪光灯。效率没有直线闪光灯高但是耐受能量大得多。这种闪光灯一般难以买到，管长太大难以触发、脉冲整形网络难做、电容储能电压高，但是适合做可以承受非常大能量的闪光灯。这种闪光灯建模很难, datasheet数据很大区别,没什么普遍总结的规律。一般工作耐受能量超过2KJ。
2.而到了后来则出现了直线闪光灯。
如今工业固态激光器80%以上都采用这种氙灯结构。泵浦效率高，使用水冷方便，制造工艺简单，触发容易，是大部分工业激光采用这种结构的原因。这些闪光灯就是脉冲氙灯，一个典型的值是10cm弧长8mm直径的氙灯在400V储能下可以轻易hold住2200J的能量。 从最早的环形闪光灯用的简易圆形腔体，发展到后来出现了椭圆反射腔（双焦点）、双椭圆腔体（三焦点）、漫反射腔体这些种类。
实际上这些现代最新的反射腔体，效率从80%到95%都有，在业余的条件下60%以上都可以接受。要知道用白纸把闪光灯和激光棒裹一圈都能达到60%。
1、椭圆镜面反射腔体（适合水冷，但是比较难加工。只能装一根氙灯，输出的的光的光斑能量分布不是特别均匀）
可以用好加工的材料做一个支架，蒙上一层镜面膜例如抛光后的铝箔纸or镀银的铜皮。或者直接用一截内部略微抛光带点漫反射的铝管压扁凑合用。
也可以直接用机床加工出来。
这种腔体的好处是可以达到很高的加工精度，达到很密的脉冲，一般情况下只有激光快速精加工设备采用这个方案。
椭圆腔的变种-双椭圆反射腔，可以装两个灯，同时方便的水冷，达到很好的大能量准连续输出效果，许多80年代的激光武器都是这样做的。有能力加工的可以考虑一下这种形式。图里是截面结构和一篇论文里用ZEMAX软件模拟出来的棒子截面光密度，光斑质量不是太好但是能够达到很大的能量，例如40mm直径90cm长的钕玻璃棒用这种结构做到2000J脉冲输出，这需要100kJ的电容储能，每一根闪光灯分担50KJ能量，易于减小体积同时方便水冷。

2.紧裹漫反射腔体
效率不必椭圆腔差多少，水冷的话可以用陶瓷、橡胶做，无需抛光，大大降低工艺难度，成为90%以上工业用途所采用的方法。一个比较简易的方法是用铝箔纸紧裹，轻松达到90%以上的效率，如果用铜皮镀银箔的话能进一步增高效率，结构一样简单。
一篇论文中模拟出来的结果很好，光斑质量已经让人满意。
考虑到有些设备对反射腔效率要求很高，这是两种常用抗腐蚀、光学性能优良的镀层反射材料（金、银）的反射率vs波长，参考表格。
金从500多纳米开始反射，这就使得它不适合红宝石激光器（大部分在紫外、绿光吸收），而适合YAG激光器（紫外会抑制激光的效率）。然而银的发射波长范围更大，使得银更适合用于红宝石激光器，尽管在红外范围性能不如金，但是差别不是太大。