超快激光发展历程

时间:2018-10-26 10:48来源:正天激光作者:Jucy 点击:
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摘要:20世纪60年代中期,红宝石激光锁模和钕玻璃激光锁模的发展,开始了皮秒时域的皮秒现象研究。1976年在宽带可调染料激光介质体系运用可饱和染料吸收体首次实现了亚皮秒的超短激光脉冲输出。

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20世纪60年代中期,红宝石激光锁模和钕玻璃激光锁模的发展,开始了皮秒时域的皮秒现象研究。1976年在宽带可调染料激光介质体系运用可饱和染料吸收体首次实现了亚皮秒的超短激光脉冲输出。

超强即超高的功率和功率密度(指单位面积上的功率),目前一个激光系统甚至可产生高达1015瓦的峰值功率,而全世界电网的平均功率只不过1012瓦数量级;超快即极短的时间尺度,目前激光脉冲最短不过几个飞秒(10-15秒),光在1飞秒内仅仅传播0.3微米。

现状

如今,业界已能提供商业工业超快激光器,具有从飞秒到皮秒级的大范围脉宽,平均功率范围几十瓦,能够用于苛刻的工业和医疗环境。

超快激光器在极短时间内聚集脉冲能量,形成极高功率密度。紧凑型台式超快激光器提供的功率甚至可超越核电站。由于具有如此之高的功率,其激光可以加工几乎任何类型的材料,包括传统的、很难加工的材料,例如金属、陶瓷和玻璃。

另外,由于脉宽极小,加工期间几乎不产生多余的热量,这种无热加工的效果和质量极佳。另外,在进行微机械加工时,不会产生熔化、开裂、汽化或者其它有害散热。

(注1)20世纪80年代

超快光谱学发生了革命性的变化。对撞脉冲锁模(CPM)的概念引入了染料激光器,皮秒激光脉冲被压缩到了飞秒(fs)时域,产生了100 fs的脉冲。紧接着出现30 fs的脉冲。

这是由一个环形激光器与染料放大器链相耦合,工作在620 nm波长获得的。克尔(Kerr)门技术的出现促进了超快光谱学包括超快荧光光谱学的发展。啁啾脉冲压缩技术的运用又将脉冲宽度压缩到20 fs乃 至6 fs。

特别值得指出,超快过程的发展中钛宝石激光器担负着十分重要的角色,钛宝石材料是超短脉冲振荡器和放大器的重要增益介质,它能够在800 nm输出脉宽4~5 fs的超快脉冲。在近红外频区能实现20亚飞秒输出的材料则有Cr4+:YAG,Cr3+:LiSAF,Cr4+:镁橄榄石(M92Si04)。

让我们比较和估算一下飞秒激光器的能量密度:一束大约20 fs脉宽的飞秒激光产生1J的能量,这种激光聚焦的峰值能流达到1020W/cm2。

从红宝石激光器出现,借助重要的脉冲调Q,锁模和压缩技术,超快过程经历并实现了纳秒(1ns=10-9s)、皮秒(1ps=10-12s )、飞秒(1fs=10-15s)和阿秒(1as=10-18s)的发展过程。当采用太瓦(1012w)的激光激发时,可实现了亚阿秒(10-19s)的超短脉冲输出。理论上已经证明,如果用拍瓦(1015w)的激光激发时,能够产生仄秒(zeptosecond,10-21s)和亚仄秒(subzeptosecond,10-22s)的激光脉冲。

现如今超快激光器现被用于追求高质量加工效果的工业应用。

 

【光粒网综合报道】( 责任编辑:Jucy )
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