超快激光發展歷程

時間:2018-10-26 10:48來源:正天激光作者:Jucy 點擊:
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摘要:20世紀60年代中期,紅寶石激光鎖模和釹玻璃激光鎖模的發展,開始了皮秒時域的皮秒現象研究。1976年在寬帶可調染料激光介質體系運用可飽和染料吸收體首次實現了亞皮秒的超短激光脈沖輸出。

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20世紀60年代中期,紅寶石激光鎖模和釹玻璃激光鎖模的發展,開始了皮秒時域的皮秒現象研究。1976年在寬帶可調染料激光介質體系運用可飽和染料吸收體首次實現了亞皮秒的超短激光脈沖輸出。

超強即超高的功率和功率密度(指單位面積上的功率),目前一個激光系統甚至可產生高達1015瓦的峰值功率,而全世界電網的平均功率只不過1012瓦數量級;超快即極短的時間尺度,目前激光脈沖最短不過幾個飛秒(10-15秒),光在1飛秒內僅僅傳播0.3微米。

現狀

如今,業界已能提供商業工業超快激光器,具有從飛秒到皮秒級的大范圍脈寬,平均功率范圍幾十瓦,能夠用于苛刻的工業和醫療環境。

超快激光器在極短時間內聚集脈沖能量,形成極高功率密度。緊湊型臺式超快激光器提供的功率甚至可超越核電站。由于具有如此之高的功率,其激光可以加工幾乎任何類型的材料,包括傳統的、很難加工的材料,例如金屬、陶瓷和玻璃。

另外,由于脈寬極小,加工期間幾乎不產生多余的熱量,這種無熱加工的效果和質量極佳。另外,在進行微機械加工時,不會產生熔化、開裂、汽化或者其它有害散熱。

(注1)20世紀80年代

超快光譜學發生了革命性的變化。對撞脈沖鎖模(CPM)的概念引入了染料激光器,皮秒激光脈沖被壓縮到了飛秒(fs)時域,產生了100 fs的脈沖。緊接著出現30 fs的脈沖。

這是由一個環形激光器與染料放大器鏈相耦合,工作在620 nm波長獲得的??碩?Kerr)門技術的出現促進了超快光譜學包括超快熒光光譜學的發展。啁啾脈沖壓縮技術的運用又將脈沖寬度壓縮到20 fs乃 至6 fs。

特別值得指出,超快過程的發展中鈦寶石激光器擔負著十分重要的角色,鈦寶石材料是超短脈沖振蕩器和放大器的重要增益介質,它能夠在800 nm輸出脈寬4~5 fs的超快脈沖。在近紅外頻區能實現20亞飛秒輸出的材料則有Cr4+:YAG,Cr3+:LiSAF,Cr4+:鎂橄欖石(M92Si04)。

讓我們比較和估算一下飛秒激光器的能量密度:一束大約20 fs脈寬的飛秒激光產生1J的能量,這種激光聚焦的峰值能流達到1020W/cm2。

從紅寶石激光器出現,借助重要的脈沖調Q,鎖模和壓縮技術,超快過程經歷并實現了納秒(1ns=10-9s)、皮秒(1ps=10-12s )、飛秒(1fs=10-15s)和阿秒(1as=10-18s)的發展過程。當采用太瓦(1012w)的激光激發時,可實現了亞阿秒(10-19s)的超短脈沖輸出。理論上已經證明,如果用拍瓦(1015w)的激光激發時,能夠產生仄秒(zeptosecond,10-21s)和亞仄秒(subzeptosecond,10-22s)的激光脈沖。

現如今超快激光器現被用于追求高質量加工效果的工業應用。

 

【光粒網綜合報道】( 責任編輯:Jucy )
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