随着现代光通信技术的快速发展，以光波导为基础的集成光学器件受到了越来越广泛的关注。关于波导激光器的构想，在世界上第一台固体激光器诞生之后不久就出现了。1961年，Snitzer^[1]首次将光波导应用于激光增益介质中，成功制备了Nd³⁺掺杂的波导结构激光玻璃。此后，随着现代光通信技术的快速发展，以光波导为基础的集成光学器件受到了越来越广泛的关注。固体、液体、气体等工作物质都可以做成波导激光器，其中较为成熟的是CO₂波导激光器。波导管只允许低阶模通过，输激光的光束质量好，同时它已实现了数千瓦级的激光输出，在军事、工业、医疗等领域得到了广泛的应用。然而，CO₂激光器无法达到很高的转换效率，大部分能量都以热能的形式放出，产生热效应，影响激光输出功率，同时其体积大、结构复杂、维护困难^[2]。经过50多年的探索与研究，全固态激光器取得了突飞猛进的发展，其体积较小、效率高、可靠性强、输出谱覆盖率宽，科研人员已在固态激光材料中实现波导结构，并取得了一定成果^[3]。Torchia等^[4]利用飞秒激光写入技术制备的Nd:YAG条形波导激光陶瓷实现了单模输出，输出功率为80 mW，斜率效率高达60%。人眼安全Er:YAG/YAG条形波导激光的激光输出功率为9.1 W，斜率效率高达92.8%^[5]。同时，利用薄膜沉积^[6-7]、离子注入^[7]、热键合^[8]以及飞秒激光写入^[9]等技术已在稀土离子掺杂的YVO₄^[10]、Y₃Al₅O₃^[11]以及Gd₃Ga₅O₁₂^[12]等多种激光基质中制备出了光波导，并实现了激光输出。固态波导激光器之所以受到如此广泛的关注，是因为它有着传统块体激光器所无法比拟的优势，其结构紧凑，能够与泵浦激光二极管(LD)很好地匹配，同时有效地限制光束发散，提高增益介质中的光密度，从而实现低阈值、高功率的激光输出^[13]。此外，将波导层包裹在热导率高的基质材料中，可及时传导激光发射中产生的废热，保证光束质量，在医疗、军事、工业等领域非常具有发展前景。美国Raytheon公司已制备出了高增益，输出功率为16 kW的Yb:YAG平面波导激光器^[14]，并预测平板波导结构激光陶瓷有望在小型、高效、固体激光武器上得到应用。随着近年来波导激光器的发展，针对不同的应用需求，波导结构的设计更加多元化，对于不同的激光材料，波导结构的制备技术各有千秋。

注：摘选自“李江，葛琳，周智为，潘裕柏，冯锡淇，郭景坤. 全固态波导激光材料的研究进展（综述）.硅酸盐学报，2015, 43(1): 48-59.”。

参考文献:

[1]    TZER E. Optical maser action of Nd³⁺ina barium crow glass [J]. Phys Rev Lett, 1961, 7: 444–446.

[2]    姚淑娜. 波导CO₂激光技术的发展概况和前景[J]. 北京联合大学学报，2008,22(3): 8-12.
YAO Suna.  J Beijing Union Univ(inChinese), 2008, 22(3): 8-12.

[3]    BOULON G. Fifty years of advances insolid-state laser materials [J]. Opt Mater, 2012, 34(3): 499-512.

[4]    TORCHIAG A, RODENASA, BENAYAS A, et al.Highly efficient laser action in femtosecond-written Nd:yttrium aluminum garnetceramic waveguides [J] Appl Phys Lett, 2008, 92: 111103(1-3).

[5]    TER-GABRIELYAN N, FROMZEL V, MU X, et al.Resonantly pumped single-mode channel waveguide Er:YAG laser with nearlyquantum defect limited efficiency [J]. Opt Lett, 2013, 38(14): 2431-2433.

[6]    JEL´INEK M. Functional planar thin filmoptical waveguide lasers[J]. Laser Phys. Lett., 2012, 9(2): 91–99.

[7]    MACKENZIE J I. Dielectric Solid-State PlanarWaveguide Lasers: A Review [J]. IEEE J Sel Top Quantum Electron,2007, 13(3): 626-637.

[8]          胡智勇，孙伟成，王肇颖，等. 热键合双包层平板波导激光器的研究进展[J]. 激光与光电子学进展，2004,41(2): 21-23.
HU Zhiyong, SUN Weicheng, WANG Zhaoying, et al. Laser Optoelectron Prog (inChinese), 2004, 41(2): 21-23.

[9]          董明明，林耿，赵全忠. 飞秒激光在透明介质中制备波导器件进展 [J]. 激光与光电子学进展, 2013,50(1): 010002(1-20).
DONG Mingming, LIN Geng, ZHAO Quanzhong. Laser Optoelectron Prog (in Chinese), 2013, 50: 010002(1-20).

[10]  TANY, CHENF, VÁZQUEZ JR, et al. Continuouswave laser generation at 1064 nm in femtosecond laser inscribed Nd:YVO₄channel waveguides [J]. Appl Phys Lett, 2010, 97(3): 031119(1-3).

[11]  曾乐勇. 边泵浦Yb:YAG平面波导激光器的进展[J]. 光机电信息,2009(3): 25-30. ZENG Leyong. Ome Inf (in Chinese), 22009(3): 25-30.

[12]  GRIVAS C, MAY-SMITHT C, SHEPHERD D P, et al.Laser operation of a low loss (0.1 dB/cm) Nd:Gd₃Ga₅O₁₂thick (40μm) planar waveguide grown by pulsed laser deposition [J]. Opt Commun,2004, 229: 355-361.

[13]  KONYUSHKIN V A,NAKLADOV A N,KONYUSHKIN D V,et al.
Ceramic planar waveguide structures for amplifiers and lasers [J]. QuantumElectron, 2013, 43(1): 60-62.