飛秒激光器的基本結(jié)構(gòu)及作用
發(fā)布時間：2021-01-28 10:41
為了充分利用飛秒激光直寫三維微加工的特性，研制結(jié)構(gòu)靈活的晶體光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，首先需要了解在晶體材料中幾種基本的飛秒激光直寫光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，再通過合理的幾何圖形設(shè)計以及精細的加工參數(shù)控制，制備并研究晶體中三維光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的幾何類型和光學(xué)性能，并進一步拓展其在多功能、復(fù)雜化集成光子學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用。
飛秒激光器具有超短脈沖寬度和極高峰值功率密度的特點。飛秒激光器的主要特征參數(shù)這些特點使得飛秒激光能夠作用幾乎所有給定的材料，并且可以通過一步直寫加工在這些材料表面上直接構(gòu)建出各種微納結(jié)構(gòu)。
飛秒激光器的基本結(jié)構(gòu)及作用，其導(dǎo)波傳輸特性能夠有效地消除光束發(fā)散，可以在較長的傳輸長度上保持較高的光密度和均一的導(dǎo)波模式，有利于增強光與波導(dǎo)材料的相互作用并提升基質(zhì)原有的光學(xué)性能。因此，在不同光學(xué)材料基質(zhì)中制備低損耗、結(jié)構(gòu)靈活的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)多功能、高性能的有源/無源混合波導(dǎo)光學(xué)器件一直是集成光子學(xué)的研究熱點。
飛秒激光器的基本結(jié)構(gòu)及作用
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)原子會自發(fā)輻射而產(chǎn)生光子。而在有外界作用下，則會增加兩種新的形式：受激輻射和受激吸收。激光是通過受激輻射來實現(xiàn)放大的光，而光和原子系統(tǒng)相互作用時，總是同時存在著自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收（在有外界作用下，自發(fā)輻射相對較弱，可以忽略）。
飛秒激光器為了能產(chǎn)生激光，就必須使受激輻射強度超過受激吸收強度，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)生激光的一個必要條件，而要實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和產(chǎn)生激光還必須滿足三個條件：
?、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)以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這一系統(tǒng)稱作激勵能源（或泵浦源）；
③要有光的正反饋系統(tǒng)——光學(xué)諧振腔，當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，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副長光子感應(yīng)產(chǎn)生一個受激發(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。
飛秒激光器的基本結(jié)構(gòu)及作用，其導(dǎo)波傳輸特性能夠有效地消除光束發(fā)散，可以在較長的傳輸長度上保持較高的光密度和均一的導(dǎo)波模式，有利于增強光與波導(dǎo)材料的相互作用并提升基質(zhì)原有的光學(xué)性能。因此，在不同光學(xué)材料基質(zhì)中制備低損耗、結(jié)構(gòu)靈活的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)多功能、高性能的有源/無源混合波導(dǎo)光學(xué)器件一直是集成光子學(xué)的研究熱點。
飛秒激光器的基本結(jié)構(gòu)及作用，其導(dǎo)波傳輸特性能夠有效地消除光束發(fā)散，可以在較長的傳輸長度上保持較高的光密度和均一的導(dǎo)波模式，有利于增強光與波導(dǎo)材料的相互作用并提升基質(zhì)原有的光學(xué)性能。因此，在不同光學(xué)材料基質(zhì)中制備低損耗、結(jié)構(gòu)靈活的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)多功能、高性能的有源/無源混合波導(dǎo)光學(xué)器件一直是集成光子學(xué)的研究熱點。
飛秒激光器的作用
眾所周知，物質(zhì)是由分子和原子組成的，但是它們不是靜止的，都在快速地運動著，這是微觀物質(zhì)的一個非常重要的基本屬性。飛秒激光器的出現(xiàn)使人類diyi次在原子和電子的層面上觀察到這一超快運動過程?；谶@些科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)，飛秒激光器在物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)控制反應(yīng)、光通訊等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。由于飛秒激光器具有快速和高分辨率特性，它在病變早期診斷、醫(yī)學(xué)成象和生物活體檢測、外科醫(yī)療及超小型衛(wèi)星的制造上都有其獨特的優(yōu)點和不可替代的作用。
