高功率二极管抽运碱金属蒸气激光器（DPAL）的功率已经达到10 kW量级，具有满足军用激光**对光光转换效率、质量、体积等高要求的潜力。碱金属蒸气激光器具有可定标放大且保持良好光束质量特性的优点，在过去的十多年中一直是研究热点。首先简介DPAL的原理和研究概况，接着回顾DPAL发展历程，评估DPAL目前取得的重要成果和发展前景，然后分析面临的技术挑战和影响因素，在提出解决方法的同时分析不同方法的优缺点，最后探讨满足实战化要求所面临的单项技术和系统问题的方法。

蓝紫激光和中红外激光在基础研究和**工程中有重要的应用前景。单光子吸收的碱金属蒸气激光器具有量子效率高、受激发射截面大和热管理性能好等优点, 近些年来已成为激光领域中研究热点之一, 目前已实现kW量级的输出。双光子吸收的碱金属蒸气激光器可实现蓝紫激光和中红外激光级联输出的特性, 也引起越来越多的关注。本文从碱金属原子密度、泵浦光功率、偏振和频率失调量以及调控激光等几种影响因素出发, 综述了双光子吸收碱金属蒸气激光的研究进展, 在此基础上分析了影响激光输出特性的原因, 最后对双光子吸收碱金属蒸气激光器的发展趋势进行了展望。

大功率激光器在工业与**等领域有着广泛的应用, 是现代激光材料加工、激光再制造、**安全领域中必不可少的核心组件。随着激光技术的发展, 大功率激光器的性能也在不断提高, 许多新型激光器相继问世。相比于传统的灯抽运激光器, 半导体激光器具有体积小、效率高、质量轻、寿命长、成本低等诸多优点,在国民经济的许多方面起着越来越重要的作用。随着大功率半导体激光器的不断发展, 由其抽运的全固态和非全固态激光器的发展也十分迅速。综述了半导体激光器以及全固态和非全固态半导体抽运激光器的历史和进展, 并就提升大功率半导体激光器各方面性能做了相关介绍, 分析评述了大功率激光器的发展趋势, 并展望了大功率激光器在未来智能制造中的应用前景。

由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)的饱和增益较大, 因此采用主振荡功率放大器(MOPA)结构对其进行定标放大是实现其高功率化的理想选择。基于端面泵浦DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型设计了铷蒸气DPAL的三级放大系统。另外, 分别对长度为3、5、7 cm的三种密闭蒸气池在不同温度条件下的增益特性做了详细的计算与分析, 最终确定预放大级的密闭蒸气池长度为3 cm, 一级主放大级的为5 cm, 二级主放大级的为7 cm。基于这种三级MOPA结构可把功率为50 mW的铷蒸气DPAL种子光放大至1 000 W量级。同时, 也评估了采用此设计方案时, 整个MOPA系统所产生的自发辐射功率和热功率。该研究对将来实现高功率DPAL提供了设计思路和理论依据。

以光纤耦合半导体激光器作为泵浦源，5 mm长的铯蒸气池作为激光增益介质,开展了端面泵浦铯蒸气激光器的模式匹配实验研究。分析了泵浦光聚焦光斑半径和聚焦位置对铯激光输出性能的影响。以激光器的工作斜效率和光光效率为指标对各模式匹配参数进行了优化，同时对激光器的阈值泵浦功率进行了研究。结果表明: 在一定的激光振荡模束腰下，存在最佳的泵浦光聚焦光斑半径使斜效率最大。此外，聚焦位置在蒸气池中央时有利于提高斜效率和光光效率。对阈值泵浦功率的研究显示，阈值泵浦功率随泵浦光聚焦光斑半径的减小而减小，而且当泵浦光聚焦于蒸气池前端时有利于降低阈值泵浦功率。基于以上研究，获得了一组最佳模式匹配参数，即泵浦光聚焦光斑半径为333 μm, 激光振荡模束腰为167 μm，泵浦光聚焦位置位于蒸气池中央。

以玻璃材料为例对含烃和无烃类半导体抽运碱金属蒸气激光器（DPAL）窗口在高功率连续抽运条件下的损伤过程和机理进行实验研究，通过相机的观察记录铷蒸气池窗口在高功率密度抽运光入射条件下的表面形貌变化，以及对照射后铷蒸气池窗口形貌的显微观察，得到实验结果表明DPAL窗口损伤存在热致物理损伤和化学损伤两种不同的过程，并对其机理进行了分析。该研究方法可应用于其他材料（如蓝宝石）DPAL窗口性能的诊断测试。

为研究半导体激光抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)中抽运光和激光光束匹配对光-光转换效率和斜率效率的影响，在三能级速率方程模型的基础上，用介质内抽运光光强空间分布代替以往简化模型中所用的介质内平均光强，建立了考虑抽运光和激光光强的轴向分布的一维DPAL 计算模型和考虑抽运光和激光光强的轴向分布及抽运光在介质中聚焦引起的光强和光斑半径的分布的三维DPAL 计算模型。一维模型的计算结果表明，抽运阈值较简化模型结果减小，斜率效率变化不大。三维模型计算结果表明，当抽运光全部在激光的模体积内，斜率效率最大，因此在DPAL 实际运转中，优化抽运光的焦参数和激光腔参数，可以提高抽运光的转换效率。

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)是具有潜力的新型高能激光光源，高功率抽运条件下，铷原子会发生电离，对激光器性能产生负面影响。铷原子主要电离通道之一是抽运光谱(中心波长780 nm)和远翼776 nm 成分引起的5S→5P→5D 的级联效应以及后续的光电离过程。为了定量测量铷DPAL 电离度，需要搭建窄线宽776 nm 高功率半导体光源以模拟780 nm 抽运光的远翼光谱成分。基于Littrow 结构实现了窄线宽776 nm 半导体激光输出，激光线宽小于0.15 nm，功率大于10 W，外腔效率为67%；利用该激光器进行了780 nm 和776 nm 级联抽运实验，观察到显著增强的荧光信号。

碱金属蒸气激光器具有高量子效率且易于流动散热，显示出良好的发展潜力。概述了光抽运碱金属蒸气激光器的基本原理和国内外的研究进展。对于其在发展中遇到的问题进行了简要分析，并总结了目前所采用的相应解决方案，指出了几种方案所存在的优、缺点。对碱金属蒸气激光器未来可能的研究方向进行了展望。