來分析一下飛秒激光器原理切割
發(fā)布時間：2021-01-29 10:47
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）。
來分析一下飛秒激光器原理切割有什么不同？從原理上進行分析和闡述
在這里，我們指的飛秒激光是指脈寬為1-1000 fs（1 fs=10-15s）的激光，其他激光是指脈寬大于1000 fs（1 ps）的脈沖激光或連續(xù)激光。
激光加工過程中需要考慮激光的波長、能量（或功率）、脈寬、頻譜、脈沖頻率、偏振、相位等因素，同時還要考慮聚焦系統(tǒng)以及掃描速度和方向，被加工對象物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)，甚至是物質(zhì)所處的環(huán)境條件如溫度和氣氛。
脈寬是其中一個非常重要的具有普遍影響的激光參數(shù)。飛秒激光器的基本結(jié)構(gòu)及作用也主要是指現(xiàn)在用得最多的鈦寶石以及Yb3+摻雜晶體和光纖激光器為主，波長在1 μm附近的近紅外的飛秒激光。
飛秒激光系統(tǒng)昂貴
飛秒激光現(xiàn)在已開始用于切割、鉆孔、焊接、打標(biāo)、剝離、修復(fù)等加工領(lǐng)域。但目前實際應(yīng)用較少，原因是飛秒激光的價格比長脈沖激光和連續(xù)激光要貴很多。
飛秒激光器原理切割
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）；
?、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，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。
來分析一下飛秒激光器原理切割有什么不同？從原理上進行分析和闡述
因此，常用飛秒激光器由三部分組成：激活介質(zhì)、激勵能源、光學(xué)諧振腔。
飛秒激光貴的原因主要有：
1）根據(jù)傅里葉變化關(guān)系，要產(chǎn)生超短飛秒脈沖必須具有寬光譜的增益介質(zhì)，增益介質(zhì)的帶寬決定了最終能實現(xiàn)的脈寬。
2）飛秒激光脈沖一般需要通過鎖膜技術(shù)來實現(xiàn)，激光系統(tǒng)比較復(fù)雜。
飛秒激光特性很好
飛秒加工有不少優(yōu)勢，首先體現(xiàn)在精度高。
飛秒激光與材料相互作用過程中，光子加熱電子（<1ps）和電子—聲子耦合的時間尺度（ps）遠(yuǎn)小于熱擴散的時間尺度（>0.1ns），這樣激光加工的剩余熱會產(chǎn)生一個熱場。對于低重復(fù)頻率飛秒激光，由于脈沖之間的間隔時間較長，在下一個脈沖到達(dá)材料的時候，激光聚焦區(qū)域的溫度已經(jīng)下降到環(huán)境溫度。而對于高重復(fù)頻率飛秒激光，由于其脈沖之間的間隔時間較短，當(dāng)這個時間短于激光照射產(chǎn)生的熱場擴散所需的時間的時候，下一個脈沖到達(dá)樣品時，前一個脈沖產(chǎn)生的熱場還沒有完全消散，就會導(dǎo)致熱量的累積作用。而隨著照射時間的延長，激光脈沖數(shù)量的增加，激光聚焦區(qū)域的溫度會逐漸升高，直至到達(dá)動態(tài)平衡。高重復(fù)頻率飛秒激光照射過程中產(chǎn)生的熱場雖然會增大激光誘導(dǎo)微納結(jié)構(gòu)的尺寸，但它對某些微納結(jié)構(gòu)的形成也是至關(guān)重要的。
