当今高科技诊断仪器对于所使用激光器性能的要求变得越来越高。 甚至有些应用需要激光可以在分析和诊断仪器中昼夜不停地运行，这些仪器在生命科学研究的各个领域采集信号，例如DNA测序，癌症研究和活细胞成像等应用。
DNA测序仪器通常一次需要运行数天来产生单个基因组序列的数据，激光源如果在这个过程中出现任何问题都可能使实验结果无效。这就给DPSS激光器的制造厂商生产激光器带来了巨大的压力。另一方面，因为激光器通常是十分精密且敏感的装置，所以其性能可能由于光学表面污染或者腔体组件的μm或亚-mrad级别的机械位移而变的严重劣化。这对于激光器的设计、材料选择、清洁度以及制造过程中腔体部件的固定方法提出了极高的要求。
由于固体激光器工作介质的稳定性很高，所以它与气体激光器相比具有更长的寿命并且更紧凑，更节能，更安静。 但是如果激光器组件本身在一段时间内不是非常稳定，换句话说，如果它对温度以及震动比较敏感，那么上述优点在实际的情况下是很难实现的。
高温固化的技术过程为腔体部件的组装和固定提供了全新的解决方案，同时这项专利也为高性能固态激光器带来了前所未有的可靠性。该技术的核心在于匹配所有光学元件彼此相关的热膨胀系数（CTE），所以研发人员必须仔细甄选腔体结构中每个部件的材料，以获得极高的整体热力学稳定性。最终将整个激光头加热到150°C，持续数小时，完成整个高温固化的过程。
另一方面，在高温固化过程中我们又使用了全新的先进型粘合剂来固定腔体中的相关部件，而不是使用UV光固化粘合剂的传统方法。 高温固化技术避免了传统工艺的漏气问题，以及长期使用中位置飘移的问题，让激光器的稳定性大大提升。
▲ 图 1：在使用高温固化技术进行永久固定之前，对激光预装配（左）和光学元件的主动对准，精度为μm（右）
装配过程始于泵浦二极管激光器的固定及其特殊的准直和聚焦光学系统的准直。 接下来是激光晶体的对准，用于产生TEM00模光束的单独曲面镜的准直，用于红外到可见光频率转换的PPKTP晶体（周期性极化的钾钛氧基磷酸盐，KTiOPO4），以及 作为实际激光腔内外的许多其他元件的准直(figure 2). 在这些对准步骤期间使用UV固化粘合剂临时预固定光学元部件的位置，预固定的激光器需要在特殊的烘箱中加热以确保完整的高温固化的过程。
为了保证脆弱的光学元件不受污染，固化后的激光头需要作密封封装，在氮气环境中进行操作，避免了将湿气封装进激光头的危险，保障了激光器的长久可用性和室内外不同环境的可用性。
图 2
采用腔内频率转换的二极管泵浦固态激光器的原理图设置
采用这种新技术制造出来的激光器具有更高的功率稳定性和更低的噪声值，同时也具有更高的对准精度和比传统制造工艺制造出来的DPSS激光器更好的坚固性。例如激光器可以暴露在极端温度（> 100°C）下，对压力和湿度的变化几乎不敏感。 瑞典标准协会（SP技术研究所）的外部测试证实，激光器在运行时可以承受多次60 g（8 ms）的冲击而性能没有下降。 振动碰撞试验和自由落体试验的附加运输试验也表明对激光器的性能没有影响。 关于该DPSS激光器的功率稳定性和极低的噪声值的测试数据如图3所示。
图 3
高温固化激光器的典型噪声性能和功率稳定性
为了测试不同环境温度下对于激光器的影响，我们将激光器安装在温度为20到50°C的平台上。 图4中的数据表明，噪声性能（均方根和峰峰值）几乎不受温度变化的影响。 此外，为了使测试条件变的更加困难，我们将激光器打开和关闭1小时。
▲ 图 4：使用高温固化制造的激光器的数据，显示rms和pk-pk噪声以及20-50°C温度循环的功率稳定性，同时还可以打开和关闭激光器。
由于制造过程中匹配了热膨胀系数和选择具有低热膨胀系数的材料，所以改变环境温度只会导致激光平台的很的小膨胀或收缩，同时也只会导致腔元件相对位置的微小变化，光束指向中的最小差异通常<6μrad/°C（图5）。
图 5
使用高温固化制造的激光器的数据，显示光束指向稳定性<4μrad/°C
新的制造技术带来的另外一个直接的改变就是即使在每周7天每天24小时的连续点亮操作中, 它仍然可以正常且稳定的工作。激光器的寿命正在接近泵浦二极管本身的寿命，这符合了工业高科技设备制造的期望值。对于使用了高温固化制造的激光器的典型寿命数据到目前为止都能提供长达25 000小时的操作时间。
图 6
使用高温固化制造的激光器的典型寿命数据
目前Cobolt用于制造DPSS激光器所采用的高温固化技术已经在生产车间设置了1200多个装置单元，并且各方面的使用结果表明了，它完全可以应对当今激光应用领域对于激光器提出来的极为苛刻的使用要求。
（COBOLT视频资料篇）
蒋泽群
激光器产品经理
☎ 010-8350 3853
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