一種大功率飛秒激光器制作方法
發(fā)布時(shí)間：2021-02-04 10:58
飛秒激光器是一種主要由光纖激光器構(gòu)成，具有飛秒（10負(fù)15次秒）區(qū)持續(xù)時(shí)間的脈沖激光器。
與傳統(tǒng)的固體、液體和氣體激光器相比，飛秒激光器的應(yīng)用場景由于具有光束質(zhì)量好、光束轉(zhuǎn)換效率高、工作波長可調(diào)、制造成本低、結(jié)構(gòu)緊湊簡單、易于實(shí)現(xiàn)集成化和環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而引起人們廣泛地關(guān)注。
目前，一種大功率飛秒激光器制作方法在工業(yè)、國防等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，市場需求巨大，發(fā)展前景廣闊。但由于受到單根基質(zhì)材料尺寸限制及晶體散熱的嚴(yán)謹(jǐn)要求，限制了高質(zhì)量、高頻率、大功率激光的產(chǎn)生。為了提高激光輸出的功率及可靠性、穩(wěn)定性，做出或組合出大體積、大截面尺寸的晶體及高效散熱結(jié)構(gòu)是必須解決的難題。
現(xiàn)有的激光工作物質(zhì)YAG激光晶體為圓柱形的，其端面直徑一般均小于20mm，由于激光輸出功率的大小與激光工作物質(zhì)即YAG晶體截面積S及體積V相關(guān)，S、V越大，功率越大，若單根晶體截面積大于20mm,其直徑太粗，燈光照射不透，水冷效果差，因而引起激光輸出質(zhì)量變差，只能低頻工作，而且粗棒狀晶體易炸裂。
飛秒激光器的脈寬極窄，瞬時(shí)功率極高，既使平均輸出功率為lW，峰值功率也能達(dá)到千瓦級(jí)至兆瓦級(jí)以上。飛秒激光器現(xiàn)已應(yīng)用于以往納秒脈沖激光器或連續(xù)波激光器無法應(yīng)用的各種領(lǐng)域。
光纖激光器使用稀土摻雜光纖作為激活介質(zhì)，用激光二極管作泵浦源，本身固有一些關(guān)鍵優(yōu)勢，使它們?cè)谕ㄟ^鎖模產(chǎn)生超短脈沖方面頗具吸引力。摻雜光纖的高增益帶寬和效率，允許制造相對(duì)便宜、緊湊、堅(jiān)固的光纖激光器系統(tǒng)，這些系統(tǒng)提供適合廣泛應(yīng)用的光纖耦合輸出光束。
飛秒激光器基于全光纖一體化緊湊設(shè)計(jì)，并且具有抗振動(dòng)，高穩(wěn)定性，高可靠性等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高脈沖能量和可調(diào)的重復(fù)率，填補(bǔ)飛秒激光器在微加工領(lǐng)域長期存在的空白，真正實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。
飛秒激光器的這些特性是如何實(shí)現(xiàn)的呢？一種大功率飛秒激光器制作方法系統(tǒng)由四部分組成：振蕩器、展寬器、放大器和壓縮器。在振蕩器內(nèi)，利用一種特殊技術(shù)獲得飛秒激光器脈沖。展寬器將這個(gè)飛秒種子脈沖按不同波長在時(shí)間上拉開。放大器使這一展寬的脈沖獲得充分能量。壓縮器把放大后的不同成分的光譜再會(huì)聚到一起，恢復(fù)到飛秒寬度，從而形成具有極高瞬時(shí)功率的飛秒激光器脈沖。
飛秒激光有什么用途呢？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(yùn)動(dòng)著，這是微觀物質(zhì)的一個(gè)非常重要的基本屬性。飛秒激光的出現(xiàn)使人類第一次在原子和電子的層面上觀察到這一超快運(yùn)動(dòng)過程?；谶@些科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)，飛秒激光在物理學(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。特別值得提出的是，由于飛秒激光具有快速和高分辨率特性，它在病變?cè)缙谠\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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不可替代的作用。
