飛秒激光器的工作原理
發(fā)布時(shí)間：2021-01-25 14:16
飛秒激光器是僅以千兆分之一秒左右的超短時(shí)間放光的“超短脈沖光”發(fā)生裝置。是一種可以滿足顧客需求的系統(tǒng)，飛秒激光器可工作于十分惡劣的工作環(huán)境。
飛秒激光器的主要特點(diǎn)是超高速和超強(qiáng)電場(chǎng)。飛秒激光器多少錢一臺(tái)？飛秒激光脈沖的峰值功率非常高，一旦將這種光聚焦到很小的范圍內(nèi)就有可能無(wú)熱影響地照射材料使其直接電離，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。飛秒激光照射在材料上時(shí)，材料對(duì)光子的吸收機(jī)理與普通激光加工時(shí)的光子吸收機(jī)理不同。那么我們今天來(lái)講一下飛秒激光器的工作原理是什么呢？
1、飛秒激光是一種以脈沖形式運(yùn)轉(zhuǎn)的激光，持續(xù)時(shí)間非常短，只有幾個(gè)飛秒，1飛秒就是10-15秒，也就是1秒的千萬(wàn)億分之一，它比利用電子學(xué)方法所獲得的最短脈沖要短幾千倍，有效的治療近視，是人類目前在實(shí)驗(yàn)條件下所能獲得的最短脈沖。
飛秒激光器的工作原理具有非常高的瞬時(shí)功率，可達(dá)到百萬(wàn)億瓦，比目前全世界發(fā)電總功率還要多出百倍。飛秒激光的第三個(gè)特點(diǎn)是，它能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的空間區(qū)域，使電磁場(chǎng)的強(qiáng)度比原子核對(duì)其周圍電子的作用力還要高數(shù)倍。幫助我們治療近視疾病。
飛秒激光在瞬間發(fā)出的巨大功率比全世界發(fā)電總功率還大，目前已有所應(yīng)用，科學(xué)家預(yù)測(cè)飛秒激光將為下世紀(jì)新能源的產(chǎn)生發(fā)揮重要作用。
2、從鈦寶石晶體的增益特性、自鎖模原理、色散及色散補(bǔ)償、脈沖的展寬與壓縮、再生放大器等方面，對(duì)飛秒鈦寶石激光振蕩器和放大器的工作原理做詳細(xì)的闡述。
飛秒激光振蕩器
飛秒鈦寶石激光振蕩器，或簡(jiǎn)稱“飛秒激光器”，是利用鈦寶石的增益特性產(chǎn)生飛秒量級(jí)超短脈沖激光的裝置。一臺(tái)典型的飛秒激光器的主要結(jié)構(gòu)包括泵浦源、增益介質(zhì)和光諧振腔三個(gè)組成部分，如圖1中所示；由泵浦源所發(fā)射的泵浦激光入射到鈦寶石晶體上，產(chǎn)生反轉(zhuǎn)粒子；平面鏡M1和半透鏡OC構(gòu)成諧振腔，腔內(nèi)兩個(gè)曲率半徑相同的凹面鏡M2、M3起到聚焦的作用；此外，在激光腔內(nèi)還要有專門的色散補(bǔ)償裝置－切成布儒斯特角的棱鏡對(duì)P1、P2。以下將對(duì)鈦寶石晶體的增益特性、自鎖模原理和色散補(bǔ)償技術(shù)這三個(gè)鈦寶石振蕩器的關(guān)鍵部分逐一進(jìn)行詳細(xì)分析和論述。
激光是基于受激發(fā)射放大原理而產(chǎn)生的一種相干光輻射。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，在沒有任何外界作用下，激發(fā)態(tài)原子會(huì)自發(fā)輻射而產(chǎn)生光子。而在有外界作用下，則會(huì)增加兩種新的形式：受激輻射和受激吸收。激光是通過受激輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)放大的光，而光和原子系統(tǒng)相互作用時(shí)，總是同時(shí)存在著自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收（在有外界作用下，自發(fā)輻射相對(duì)較弱，可以忽略）。
飛秒激光器的工作原理為了能產(chǎn)生激光，就必須使受激輻射強(qiáng)度超過受激吸收強(qiáng)度，即使高能態(tài)的原子數(shù)多于低能態(tài)的原子數(shù)。這種不同于平衡態(tài)粒子分布的狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。也就是，飛秒激光器要產(chǎn)生激光，必須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。
粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生激光的一個(gè)必要條件，而要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和產(chǎn)生激光還必須滿足三個(gè)條件：
?、僖心苄纬闪Ｗ訑?shù)反轉(zhuǎn)分布的物質(zhì)，即激活介質(zhì)（這類物質(zhì)具有合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)）；
②要有必要的能量輸入系統(tǒng)給激活介質(zhì)能量，使盡可能多的原子吸收能量后躍遷到高能態(tài)以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這一系統(tǒng)稱作激勵(lì)能源（或泵浦源）；
?、垡泄獾恼答佅到y(tǒng)——光學(xué)諧振腔，當(dāng)一定頻率的光輻射通過粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的激活介質(zhì)時(shí)，受激輻射的光子數(shù)多于受激吸收的光子數(shù)可使光輻射得到放大，要使這種光放大并且以一個(gè)副長(zhǎng)光子感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)受激發(fā)射光子的單次過程為主，還能形成高單色性高方向性高相干性和高亮度性的光放大，必須使用光學(xué)諧振腔。
因此，常用飛秒激光器由三部分組成：激活介質(zhì)、激勵(lì)能源、光學(xué)諧振腔。
擴(kuò)展資料
飛秒激光器的工作原理飛秒激光器為一種脈沖激光器。飛秒指的脈沖持續(xù)時(shí)間，這和脈沖的頻率不一樣。脈沖的頻率是指1s，激光器發(fā)出的脈沖數(shù)目。
飛秒激光器對(duì)時(shí)間的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于影視器材，經(jīng)計(jì)算，飛秒激光器獲得了人類在實(shí)驗(yàn)室中所能獲得的世界上最短的脈沖，通過它，可以看到更快速、更微妙的運(yùn)動(dòng)，例如綠色植物的光合作用過程、細(xì)胞的分裂過程、電子圍繞原子運(yùn)動(dòng)的過程等等。
