飛秒激光器的構造
發(fā)布時間：2021-02-04 11:09
飛秒激光器的最直接應用是人們利用它作為光源，形成多種時間分辨光譜技術和泵浦/探測技術。它的發(fā)展直接帶動物理、化學、生物、材料與信息科學的研究進入微觀超快過程領域， 并開創(chuàng)了一些全新的研究領域， 如飛秒化學、量子控制化學、半導體相干光譜等。飛秒脈沖激光與納米顯微術的結合， 使人們可以研究半導體的納米結構（量子線、量子點和納米晶體）中的載流子動力學。一種大功率飛秒激光器制作方法在生物學方面，人們正在利用飛秒激光技術所提供的差異吸收光譜、泵浦/探測技術， 研究光合作用反應中心的傳能、轉能與電荷分離過程。超短脈沖激光還被應用于信息的傳輸、處理與存貯方面。
激光是基于受激發(fā)射放大原理而產生的一種相干光輻射。飛秒激光器的構造處于激發(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）。
飛秒激光器的構造為了能產生激光，就必須使受激輻射強度超過受激吸收強度，即使高能態(tài)的原子數多于低能態(tài)的原子數。這種不同于平衡態(tài)粒子分布的狀態(tài)稱為粒子數反轉分布。也就是，飛秒激光器要產生激光，必須實現(xiàn)粒子數反轉分布。
粒子數反轉分布是產生激光的一個必要條件，而要實現(xiàn)粒子數反轉分布和產生激光還必須滿足三個條件：
?、僖心苄纬闪Ｗ訑捣崔D分布的物質，即激活介質（這類物質具有合適的能級結構）；
?、谝斜匾哪芰枯斎胂到y(tǒng)給激活介質能量，使盡可能多的原子吸收能量后躍遷到高能態(tài)以實現(xiàn)粒子數反轉，這一系統(tǒng)稱作激勵能源（或泵浦源）；
?、垡泄獾恼答佅到y(tǒng)——光學諧振腔，當一定頻率的光輻射通過粒子數反轉分布的激活介質時，受激輻射的光子數多于受激吸收的光子數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產生一個受激發(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，必須使用光學諧振腔。
飛秒激光器的構造同領域的運用
也叫毫微微秒，簡稱fs，是標衡時間長短的一種計量單位，飛秒激光器是人類目前在實驗室條件下所能獲得短脈沖的技術手段。飛秒激光器在瞬間發(fā)出的巨大功率比全世界發(fā)電總功率還大，飛秒激光器技術隨著科技的進步，不斷的發(fā)展，其脈寬越來越短，脈沖的峰值功率越來越大。飛秒激光器在物理學、生物學、化學控制反應、光通訊等領域中得到了廣泛應用?？茖W家預測飛秒激光器將為下世紀新能源的產生發(fā)揮重要作用。
在微加工領域，由于其對材料周圍影響極小，能安全地切割，打孔、雕刻，甚至應用于集成電路的光刻工藝中。在國防領域，飛秒激光器應用在安全切割高爆 炸 藥，拆除廢舊退役的火箭，炮彈等。在醫(yī)學領域，飛秒激光器用于治療近視，美容等方面。在生物學領域，飛秒激光器轟擊細胞 DNA，使其發(fā)生突變，用于研究基因變化的各種影響。 在環(huán)境領域，飛秒激光器 LIBS 技術測量大氣污染成分，檢測環(huán)境污染水平。
利用聚焦的飛秒激光器光束與物質相互作用效應，可誘導透明介質材料中局部區(qū)域的折射率變化。通過對襯底材料進行掃描可以實現(xiàn)高靈活度、高精度、操作簡便的三維微加工，從而制備結構靈活、精細的通道型光波導結構光子學器件，使光波導和晶體材料的光學性能和集成特性能夠最大程度上得到發(fā)揮。
