超短脉冲光纤激光器新进展及其应用

超短脉冲激光精密时—频域控制

超短脉冲激光精密时—频域控制 【摘要】：超短脉冲激光技术提供了高时间分辨率,高频率精度的测量手段,极大的提高了人类探索自然界规律的能力,成为探索、揭示微观世界规律的前沿科学与高新技术的基点和关键。本论文主要围绕超短脉冲激光的时-频域精密控制开展研究工作。在激光时域控制上,探索了锁模超短脉冲激光器的原理与结构,研制了超短脉冲飞秒光纤激光器,获得了超短脉冲激光源,为精密时-频域控制提供了种子源。在时域同步控制上,探索了基于非线性交叉相位调制的超短脉冲全光同步技术,完成了谐波锁模激光,多波长锁模激光,纳秒方波锁模激光与超短脉冲激光之间的同步,并研究了同步锁模超短脉冲激光应用于单光子频率上转换探测实验的相关问题。在激光频域控制上,研制了50W平均输出功率载波包络偏移频率稳定的超短脉冲激光系统,为紫外光学频率梳的产生奠定了基础。本学位论文的主要成果包括：1.时域上,超短脉冲激光产生是开展精密时-频域控制的基础。基于激光锁模原理,首先完成了超短飞秒脉冲光纤激光器的研制工作。1)利用光纤内的非线性偏振旋转效应,完成了超短脉冲锁模掺铒光纤激光器的研制。当腔内的色散为负值时,激光腔内的脉冲光以孤子波方式运转,脉冲的峰值功率被限制,脉冲宽度较宽。当引入色散管理手段后,通过展宽脉冲锁模方式,获得了宽度为92fs的超短脉冲激光输出。2)完成了非线性偏振旋转锁模掺镱光纤激光器的研制工作,提出了在腔内插入掺铒光纤方式提供附加饱和吸收的方案,有效的抑制了激光腔内的脉冲分

裂,得到了41fs单脉冲运转的超短脉冲激光输出。2.当不同波长的两束激光在同一光纤内传输时,由于交叉相位调制作用,一束光会使另一束光的非线性折射率发生变化,导致非线性偏振旋转。在此现象基础上,开展了时域上脉冲激光的精密同步工作。1)利用主-从模式的腔结构,完成了谐波锁模的掺铒光纤激光器与锁模Yb:GSO激光器的同步。同步激光器腔长失匹长度达14mm,有效的抑制了外界扰动对同步系统的干扰。并且在腔长失匹较大的情况下,脉冲呈现堆积展宽现象。利用该现象可应用于超短脉冲整形,光参量啁啾脉冲放大等领域的工作。2)利用部分光谱放大和交叉相位调制技术完成了800nm,1030nm,1550nm三波段飞秒超短脉冲激光同步。800nm,1030nm脉冲之间的时间抖动为0.55fs,1030nm,1550nm脉冲之间的抖动为8.3fs。3)利用长腔激光器中的峰值功率钳位效应,获得了脉冲宽度为5.5ns的方波脉冲锁模掺铒光纤激光器。并利用交叉相位调制技术,以全光方式实现其与超短脉冲锁模掺镱光纤激光器的同步。同步激光器腔长最大失匹为2.6mm,脉冲之间的时间抖动为4.3ps。 4)利用同步超短脉冲锁模掺铒、掺镱光纤激光器,完成了高速脉冲泵浦方式的单光子频率上转换探测实验,单光子转换效率达31.2%。3.在精密频域控制上,开展了高功率、高重复频率超短脉冲激光的载波包络偏移频率稳定工作。通过双包层光子晶体光纤放大技术,获得了50W 平均功率输出的超短脉冲激光。利用交叉参考的拍频方式,完成了超短脉冲的载波包络偏移频率探测,并通过锁相环电子反馈电路,实现了偏移频率的精密锁定。锁定后的开环偏移频率线宽为 2.27mHz,脉冲

2010最新脉冲光纤激光器说明书(一体机)

脉冲光纤激光器使用说明书

安全信息 在使用该产品之前，请先阅读和了解这份用户手册并熟悉我们为您提供的信息。 这份用户手册提供了重要的产品操作，安全以及其他信息给您以及所有将来的用户作参考。为了确保操作安全和产品的最佳性能，请遵循以下注意和警告事项以及该手册的其他信息去操作。 ●锐科公司脉冲光纤激光器是IV级的激光产品。在打开24VDC电源前，要确保连 接是正确的24VDC的电源并确认正负极，错误连接电源，将会损坏激光器。 ●该激光器在1064nm波长范围内发出超过5W、10W、15W、20W、25W、30W（根 据不同激光器型号）的激光辐射。避免眼睛和皮肤接触到光输出端直接发出或散射出来的辐射。 ●不要打开机器，因为没有可供用户使用的产品零件或配件。所有保养或维修只能在 锐科公司内进行。 ●不要直接观看输出头，在操作该机器时要确保长期配戴激光安全眼镜。 安全标识及位置 上面二个安全标识符号表示有激光辐射，我们把这符号标在产品光纤盒体盖顶上。

目录 1．产品描述 (1) 1.1 产品描述 (1) 1.2实际配置清单 (1) 1.3使用环境要求及注意事项 (1) 1.4技术参数 (2) 2．安装 (3) 2.1 安装尺寸图 (3) 2.2 安装方法 (4) 3．控制接口 (5) 4．操作程序 (6) 4.1 前期检查工作 (6) 4.2 操作步骤 (6) 4.3打标过程中应注意的事项 (6) 5．质保及返修、退货流程 (7) 5.1一般保修 (7) 5.2保修的限定性 (7) 5.3服务和维修 (7)

1．产品描述 1.1 产品描述 锐科脉冲激光器是是为高速和高效的激光打标系统而专门发展的。为工业激光打标机和其它应用提供了一款理想的高功率激光能量源。 脉冲激光器相对于传统的激光器，能够对每瓦的泵浦光转换效率提高10倍以上，低能量消耗的自动设计，适合实验室或室外操作。精巧，可独立放置，可随时使用，能够直接嵌入用户的设备上。 激光器可发出1064nm波长的脉冲激光，通过工业激光器标准接口来控制，激光器需要使用24V直流供电。 1.2实际配置清单 请根据图表1参考所包括的清单。 表1 1.3使用环境要求及注意事项 脉冲激光器需使用24VDC±1V直流电。 1)注意：使用激光器时要将接地线可靠接地。 2)没有内置可供使用的零件，所有维修应由合格的锐科人员来进行，为了防止电击， 请不要损坏标签和揭开盖子，否则产品的任何损坏将不被保修。 3)激光器的输出头是与光缆相连接的,使用时请小心处理输出头，防止灰尘或其它污 染，清洁输出端透镜时请使用专用的镜头纸。激光器没有安装在系统设备上且不 出光的时候，请将光隔离器保护罩盖好以免灰尘污染。

超短脉冲激光技术(钱列加老师)

5．6 (3) 一．概述 (3) 1．飞秒激光脉冲的特性 (3) 2．飞秒脉冲的传输 (5) 3．光束空间传输 (6) 4．脉冲传输的数值模拟 (6) 5．时空效应 (9) 5.1自相位调制 (10) 5.2相位调制对有限光束的影响——自聚焦 (11) 二．飞秒光学 (13) 1．简介 (13) 2．色散元件 (13) 2.1 膜层色散 (13) 2.2 材料体色散 (13) 2.3 角色散元件 (14) 3．群速度色散的补偿及控制 (14) 4．聚焦元件 (16) 4.1 透镜的色差 (16) 4.2 脉冲畸变与PTD效应 (16) 三．飞秒激光器 (18) 1．锁模简介 (18) 2．克尔透镜锁模 (18) 3．飞秒激光振荡器 (20) 4．光纤孤子激光器 (21) 四．飞秒脉冲的放大与压缩 (23) 1．简介 (23) 2．飞秒脉冲放大的困难 (25) 3．啁啾脉冲放大技术 (26) 4．CP A放大器的设计 (27) 4.1 CP A激光系统的工作脉宽 (27) 4.2 高增益的前置放大器 (27) 4.3 装置的色散控制 (28) 4.4 设计多程CP A放大器的理论模型 (31) 五．脉冲整形 (34) 1．脉冲整形 (34) 2．飞秒光脉冲整形的物理基础 (34) (1)线性滤波 (34) (2)脉冲整形装置 (35) (3)脉冲整形的控制 (38) 3．几种典型的空间光调制器 (39) (1)可编程液晶空间光调制器(LC SLM) (39) A．电寻址方式 (39) B．光寻址方式 (40) (2)声光调制器 (41)

(3)变形镜 (41) 4．脉冲压缩 (42) 2.1 波导介质中的SPM (42) 2.2 级联非线性压缩脉冲 (43) 六．脉冲时间诊断技术 (45) 1．强度相关 (45) (1) 多次平均测量 (45) (2) 单次工作方式 (47) (3) 三次相关法 (48) 2．干涉相关 (49) 3．脉冲振幅与位相的重建 (50) 七．大口径高功率激光装置 (53) 1．高能量的PW钛宝石/钕玻璃混合系统 (55) 2．关键技术问题 (56) 2.1 高阶色散 (57) 2.2 光谱窄化和漂移引起的光谱畸变 (57) 2.3 非线性自位相调制SPM (58) 2.4 自发辐射放大ASE (58) 3．光参量啁啾脉冲放大(OPCPA) (58) 3.1 大口径高能钕玻璃泵浦的OPCPA 系统 (62) 3.2 小口径低能量高重复率OPCPA 系统 (63) 4．展望 (64) 4.1 峰值功率的理论极限 (64) 4.2 光学元件的限制 (65) 4.3 非线性B积分的限制 (65)

光纤激光器的分类

光纤激光器的分类 光纤激光器种类很多，根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可以有多种不同的分类方式。根据目前光纤激光器技术的发展情况，其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种： （1）按增益介质分类为： a）晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:YAG单晶光纤激光器等。 b）非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。 c）稀土类掺杂光纤激光器。向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，（Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等，基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶）而制成光纤激光器。 d）塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 （2）按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。 （3）按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。 （4）按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器，其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调Q光纤激光器（脉冲宽度为ns量级）和锁模光纤激光器（脉冲宽度为ps或fs量级）。 （5）根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。 （6）根据激光输出波长的可调谐特性分为可调谐单波长激光器，可调谐多波长激光器。 （7）按激光输出波长的波段分类为S-波段（1460~1530 nm）、C-波段（1530~1565 nm）、L-波段（1565~1610 nm）。 （8）按照是否锁模，可以分为：连续光激光器和锁模激光器。通常的多波长激光器属于连续光激光器。 按照锁模器件而言，可以分为被动锁模激光器和主动锁模激光器。 其中被动锁模激光器又有: 等效/假饱和吸收体：非线性旋转锁模激光器（8字型，NOLM和NPR） 真饱和吸收体： SESAM或者纳米材料（碳纳米管或者石墨烯）。

高频脉冲光纤激光器

STM20HF高频脉冲光纤激光器 STM20HF光纤激光器通过光纤传输，特别适合于高速去除表面油漆、氧化层、镀膜层等表面处理。用160mm聚焦镜可以取得30um的焦距光斑直径。脉冲重复率和输出激光功率由8位TTL信号或USB控制。激光器可以包括隔离器、扩束镜、聚焦镜和红光指示。 工作原理 光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，其导光原理是利用光的全反射原理，即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时，将发生全反射，入射光全部反射到折射率大的光密介质，折射率小的光疏介质内将没有光透过。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的芯径较小，只能传播一种模式的光，其模间色散较小。多模光纤的芯径较粗，可传播多种模式的光，但其模间色散较大。按折射菲菲内部可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。 以稀土掺杂光纤激光器为例，掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从M1入射到光纤中，从M2输出激光。当泵浦光通过光纤时，光纤中的稀土离子吸收泵浦光，其电子呗激励到较高的激发能级上，实现了离子数反转。反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态，输出激光。 型号 STM20HF 工作方式脉冲 中心激光波长μm 1.06 输出平均功率 W 20 脉宽 ns 20 脉冲频率 kHz 100至 500 峰值功率 kW 7 脉冲能量 mJ 0.2 激光光束高斯 准直光束直径 mm 0.6 至 9 电源功率 W <250 输入电压 VDC 24 工作温度°C 5 至 40 储存温度°C -20 至 55 外形尺寸 (L x W x H)mm 286 x 215 x 95 重量 kg <10 （光纤传输激光器产品图片） 1 / 1

锐科P100M V2.1脉冲光纤激光器说明书8脉宽

RFL-P100M 脉冲光纤激光器 使用说明书 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies CO.,LTD.

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目录 1．产品描述 (1) 1.1.产品描述 (1) 1.2.实际配置清单 (1) 1.3.使用环境要求及注意事项 (1) 1.4.技术参数 (2) 2.安装 (3) 2.1.安装尺寸图 (3) 2.2.安装方法 (4) 3.控制接口 (5) 3.1.前期检查工作 (8) 3.2.操作步骤 (8) 3.3.打标过程中应注意的事项 (9) 4.质保及返修、退货流程 (9) 4.1.一般保修 (9) 4.2.保修的限定性 (9) 4.3.服务和维修 (10)

1550脉冲光纤激光器使用说明

脉冲激光器操作面板 使用说明书 使用本产品前请务必详细阅读本说明，如有疑问请及时联系我们！ 版权声明 本公司对其发行的或与合作公司共同发行的包括但不限于产品或服务的全部内容拥有版权等知识产权，受法律保护。 未经本公司书面许可，任何单位及个人不得以任何方式或理由对上述产品、服务、信息、材料的任何部分进行使用、复制、修改、抄录、传播或与其它产品捆绑使用、销售。 凡侵犯本公司版权等知识产权的，本公司必依法追究其法律责任。 特此郑重声明！ 敬告：为避免硬件误差，我们在本产品的软件中进行了参数修正，请使用对应SN编号的软件，以获得最大精确度！ 2011年7月

1背景 脉冲激光器操作面板的开发是基于为广大用户提供更为良好的用户界面，旨在为用户提供更方便更快捷的服务。编写本手册最主要的的目的，是为广大用户说明本软件的使用方法和注意事项。 2界面介绍及术语解释

3界面性能 系统上电后，上位机与下位机通过串口通信，由中断触发通信，每次通信时长不等，约200ms 至400ms间，第一次获取系统状态。对系统参数进行操作时，当光源状态刷新速度为fast 时，每个操作反馈时长不等，约200ms至800ms内，系统会有反馈。 4运行环境 硬件设备要求 本界面采用串口通信，用户端至少需要一个串口，若无串口，需将其他类型接口转换为串口。 5安装与初始化 1.双击STC_ISP_V480.exe，会出现串口调试界面，将其关闭。完成串口控件的注册！ 2.若用户使用USB端口转化为串口，还需安装driver-232文件夹下的驱动。 3.双击“M14******PFL.EXE”，即会出现脉冲激光操作面板界面。

超短脉冲激光提升微加工的速度与效率

超短脉冲激光提升微加工的速度与效率 在微加工领域，短脉冲、尤其是超短脉冲激光器正在取代传统的加工方法。对于超短脉冲激光器，得益于其冷烧蚀特性，因此其对所要加工的材料几乎没有任何限制。 在冷烧蚀过程中，材料的去除本质上只能通过化学键断裂来实现，因此其产生的热影响仅限于几微米的区域，并且相应的变形也最小。不幸的是，超短脉冲激光器的烧蚀速率仍然非常低，进而限制了其在工业领域的广泛应用。 金属材料的烧蚀阈值在0.2J/cm2的范围内，而玻璃和陶瓷的烧蚀阈值则在几个J/cm2的范围内。为了提高去除速率，可以使用具有较大聚焦口径的高脉冲能量，以在更大的区域内工作。在诸如玻璃或聚合物等透明材料加工应用中，可通过非线性效应（如多光子过程）来提高去除速率。此外，也可以提高重复频率。重复频率可以从100kHz到几兆赫兹，目前正在进行重复频率超过10MHz的研究。 FIGURE 1. 德国3D-Micromac公司举办的“ISL 2010激光微加工国际研讨会”现场 尽管传统的光纤激光器已经在工业环境中植根多年，但是飞秒光纤激光器在市场上仍然属于新事物。德国耶拿大学的Jens Limpert博士使用的超快光纤激光器，平均功率接近1kW，峰值功率在GW量级，重复频率在kHz到MHz的范围内。虽然超快光纤激光器已经能够达到上述较高的性能，但是其仍然具有很大的发展潜力。 除了单脉冲之外，另一种提高烧蚀速度的方式是采用所谓的脉冲猝发（burst）。以50MHz的脉冲序列为例，重复频率为500kHz的脉冲被提取出来并被放大。

“烧蚀效果与脉冲能量成对数关系。通过这种方式，可以将相同的总能量分配到几个脉冲中，然后通过脉冲叠加来达到更高的去除量。”Lumera Laser公司的Dirk Müller介绍说。实验已经证明5~10个脉冲的脉冲猝发是有效的，并且约为20ns的脉冲间隔也已被证明是有效的。然而，最终获得的去除质量在很大程度上依赖于所要处理的材料。 微结构的高效生产 在微加工领域享有盛名的方法包括EDM（放电加工）、微模压加工和光刻技术。EDM只适用于导电材料，并且速度缓慢；冲压模的制造成本较高；而光刻则需要高精密掩模，并且后续的刻蚀过程还对环境有很大的污染。相比之下，激光冷烧蚀加工不但能够实现与上述方法类似的加工精度，而且更具成本效益，同时也非常环保。最精细结构的冲压使得金属板材的加工更加容易，金属板材结构由模压辊制成。德国夫琅和费激光技术研究所（Fraunhofer-ILT）已经利用功率为100W、重复频率为3MHz 的皮秒激光器，获得了最佳的精细结构加工效果。 “在整个激光微加工过程中，CAD数据得到了精确的再现，没有熔化物飞溅以及其他废弃物，并且表面粗糙度小于0.5μm。”Fraun hofer-ILT烧蚀与焊接部门主管Arnold Gillner博士说（见图2和图3）。为了获得更好的加工效果，脉冲之间必须有10％~15％的重合，两条脉冲的刻线间则必须有10％的重合。 图2：由超快脉冲激光器加工的一个工具的局部图

小功率脉冲光纤激光器说明书(一体机)-A00

小功率脉冲光纤激光器 使用说明书 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司

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目录 1．产品描述 (1) 1.1 产品描述 (1) 1.2实际配置清单 (1) 1.3使用环境要求及注意事项 (1) 1.4技术参数 (2) 2．安装 (3) 2.1 安装尺寸图 (3) 2.2 安装方法 (4) 3．控制接口 (5) 4．操作程序 (6) 4.1 前期检查工作 (6) 4.2 操作步骤 (6) 4.3打标过程中应注意的事项 (7) 5．质保及返修、退货流程 (7) 5.1一般保修 (7) 5.2保修的限定性 (7) 5.3服务和维修 (8)

高能量脉冲光纤激光器

STM10和STM20高能量脉冲光纤激光器 STM10和STM20光纤激光器通过光纤传输，适合于激光打标、雕刻、微加工和表面处理。脉冲重复率和输出激光功率由8位TTL信号或USB控制。激光器可以包括隔离器、扩束镜、聚焦镜和红光指示。 工作原理 光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，其导光原理是利用光的全反射原理，即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时，将发生全反射，入射光全部反射到折射率大的光密介质，折射率小的光疏介质内将没有光透过。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的芯径较小，只能传播一种模式的光，其模间色散较小。多模光纤的芯径较粗，可传播多种模式的光，但其模间色散较大。按折射菲菲内部可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。 以稀土掺杂光纤激光器为例，掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从M1入射到光纤中，从M2输出激光。当泵浦光通过光纤时，光纤中的稀土离子吸收泵浦光，其电子呗激励到较高的激发能级上，实现了离子数反转。反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态，输出激光。 特性 由于光纤激光器采用的工作介质具有光纤的形式，其特性要受到光纤渡导性质的影响。进入到光纤中的泵浦光一般具有多个模式，而信号光电可能具有多个模式，不同的泵浦模式对不同的信号模式产生不同的影响，使得光纤激光器和放大器的分析比较复杂，在很多情况下难以得到解析解，不得不借助于数值计算。光纤中的掺杂分布对光纤激光器也产生很大的影响，为了使介质具有增益特性，将工作离子（即杂质）掺杂进光纤。一般情况下，工作离子在纤芯中均匀分布．但不同模式的泵浦光在光纤中的分布是非均匀的。因而，为了提高泵浦效率，应该尽量使离子分布和泵浦能量的分布相重合。在对光纤激光器进行分析时，除了基于前面讨论的激光器的一般原理，还要考虑其自身特点，引入不同的模型和采用特殊的分析方法，以达到最好的分析效果。 和传统的固体、气体激光器一样，光纤激光器也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发发射。所产生的自发发射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终形成稳定激光输出。 技术指标

超短脉冲激光和钛宝石飞秒激光器

第23卷第1期2007年8月 山西大同大学学报(自然学科版) Journal of Shanxi Datong University(Natural Science) Vol.23.No.1 Aug.2007超短脉冲激光和钛宝石飞秒激光器 郭玉洁,帕力哈提?米吉提 (新疆大学物理科学与技术学院,新疆乌鲁木齐830046) 摘　要:该文介绍了飞秒激光的特点、应用以及钛宝石激光器的相关理论。 关键词:飞秒激光　钛宝石激光器　自聚焦 中图分类号:TN248.4 文献标识码:A 文章编号:167420874(2007)0120058203 飞秒激光技术是一项能协助多种学科在更深层次上认识客观世界,增强人类改造世界能力的技术.它是目前人类观察微观世界,揭示超快运动过程的重要手段.科学家预测飞秒激光将为未来新能源的产生发挥重要作用. 1　超短脉冲激光及其应用 1.1超短脉冲激光的特点 自从脉冲激光问世以来,激光脉冲的峰值功率及脉冲宽度已经有了前所未有的快速发展.1981年Fork等人利用碰撞锁模技术从染料激光器中首次获得了飞秒激光脉冲[1],从而使人类进入了超短脉冲激光技术时代.超短脉冲激光有两个显著特点:一是脉冲宽度极短,达到了飞秒(10215s)量级,阿秒(10218s)量级;二是经过放大后,脉冲峰值功率极高,可以达到太瓦(1012W)甚至拍瓦(1015W)量级.脉冲持续时间如此之短,峰值功率如此之高,且能聚焦到比头发直径还要小的空间区域,使得聚焦后的光功率密度可以达到1020W/cm2量级以上.这些独有的特点使超短脉冲激光具有广泛而特殊的用途,它将对社会经济的发展起到巨大的带动作用. 1.2飞秒激光的用途 超短脉冲激光的发展直接带动了物理、化学、生物、材料与信息科学等的发展,并开创了一些全新的研究领域,如飞秒化学、量子控制化学、半导体相干光谱、超高强度科学与技术等. 1.2.1飞秒激光在超快领域内的应用 飞秒激光在超快现象研究领域中起的是快速过程诊断的作用.飞秒激光尤如一个极为精准的“时钟”和一架超高速的“相机”,它可以将自然界中特别是原子、分子水平上的一些快速过程分析、记录下来,形成多种时间分辨光谱技术和泵浦/探测技术.由于飞秒激光具有快速和高分辨率特性,它在病变早期诊断、医学成像和生物活体检测、外科医疗及超小型卫星的制造上都有着独特的优点和不可替代的作用. 1.2.2飞秒激光在超强领域中的应用 飞秒激光是研究原子分子体系、高阶非线性和多光子过程的重要工具.飞秒脉冲的峰值功率和光强可以非常高,这样的强光所对应的电磁场会远大于原子中的库仑场,从而很容易将原子中的电子统统剥落,是产生激光等离子体、超短X光、新一代粒子加速器和激光核聚变快速点火的高新技术途径.物质在高强度飞秒激光的作用下会出现非常奇特的现象:气态、液态、固态的物质瞬息间变成了等离子体.这种等离子体可以辐射出各种波长的射线激光.高功率飞秒激光与电子束碰撞能够产生硬X射线飞秒激光、β射线激光以及正负电子对.高功率飞秒激光还可以将大气击穿,从而制造放电通道,实现人工引雷,避免飞机、火箭、发电厂等因天然雷击而造成的灾难性破坏.高功率飞秒激光与物质相互作用,能够产生足够数量的中子,实现激光受控核聚变的快速点火,从而为人类获得新一代能源开辟了一条崭新的途径. 收稿日期:2007203205 作者简介:郭玉洁(19792)女,辽宁辽阳人,硕士,研究方向:激光物理.

超短脉冲激光烧蚀技术应用探究

超短脉冲激光烧蚀技术应用探究 近年来随着超短脉冲激光烧蚀技术的发展，该技术被广泛应用于工业领域。短脉冲激光与物质相互作用时间介于纳秒与飞秒之间，其峰值功率可达兆瓦级，因此在加工中可应用于高精度、高硬材料的精细加工上，同时也可以实现材料的三维加工，该方式称为“冷”加工。文章旨在介绍超短脉冲技术的应用研究，使人们对该技术有一定的宏观认识。 标签：超短脉冲；激光烧蚀；应用探究；宏观认识 1 短脉冲激光器与金属相互作用理论 短脉冲诱导烧蚀材料的过程的建立需要一定的时间，并且与激光强度有直接关系。当脉宽给定时，只有当激光场的强度超过一定值时，形成的等离子体才能发生不可逆的损伤阈值，该阈值范围通常以激光的能流阈值表示。根据文献指出，脉冲宽度从连续到几十个皮秒范围内，烧蚀过程为离子雪崩过程，开始于内部电子。通过对超短脉宽烧蚀阈值的研究发现，当偏离了脉冲宽度平方根法则的时候，能量在很大范围内变动均可引起材料的烧蚀，如图1所示为超短脉冲激与金属作用的过程。 当前人们于超短脉冲激光烧蚀物质的机理和研究还没有获得完全的认知，研究的模型是将物质看做一个总体的系统去考虑，只有达到了该物质的沸点或熔点时，使得物质蒸发或者熔化而使材料被去除。应用傅里叶传热模型对上述过程可进行具体的描述，但是他不适用于描述和分析超短脉冲激光与金属薄膜或者介质膜的作用过程。原因是由于载流子的特征尺寸与膜层的厚度相当，同时其特征时间与传输能量的时间接近。 当超短脉冲激光与金属材料作用发生激光烧蚀时，材料的表面的电子吸收激光的能量后变为非平衡状态，发生了相互制约的现象。造成电子爆炸运动速度接近于费米速率。同时热电子通过碰撞作用使得内部电子获得加热，之后参与碰撞的电子达到短暂的呈费米分布的热平衡态。电子与晶格通过碰撞耦合效应，使得电子温度降低和晶格温度升高，最终电子温度与材料的晶格温度达到平衡。 2 短脉冲激光烧蚀研究方法 激光烧蚀的研究方法包括：实验方法测定，理论计算分析和数值模拟。实验方法能够准确的对后两种方法进行检验。但实验方法需要的成本巨大。理论计算分析和数值模拟方法是一种对于研究激光烧蚀问题的非常有的方法，其理论分析过程非常严谨，但是也存在一定的边界条件限制，需要进行相应的假设，处理问题的范围有限。但其可低成本、高精度模拟短脉冲烧蚀机理内的复杂问题，一直是各大科研院校应用的最广泛的方法。若条件允许会采用实验方法进行验证，不断修正算法达到近乎理想的模拟及精密数值计算水平。

光纤激光器的工作原理及其发展前景

光纤激光器的工作原理及其发展前景 光纤激光器的工作原理及其发展前景 [摘要] 光纤激光器因其独有的性能和优点受到世界各国的普遍重视。本文简要介绍了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展，最后对光纤激光器的发展前景进行了展望。 [关键词] 光纤激光器增益介质谐振腔 1 引言 光纤激光器于1963年发明，到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市，经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视为一种超高速光通信用放大器。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的

应用前景和巨大的技术优势。光纤激光器有很多独特优点，比如：激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率得到迅速提高。已达到10—100 kW。作为工业用激光器,现已成为输出功率最高的激光器。光纤激光器的技术研究受到世界各国的普遍重视，已成为国际学术界的热门前沿研究课题。其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。本文简要介绍了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展，最后对光纤激光器的发展前景进行了展望。 2 光纤激光器的结构及工作原理 2.1光纤激光器的结构 和传统的固体、气体激光器一样。光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD)，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后．最终形成稳定激光输出。图1为典型的光纤激光器的基本构型。

光纤激光器原理

光纤激光器原理 光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。 光纤激光器特点 光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值， 光纤激光器原理图1: 峰值功率：脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉

冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如说10 ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用t 表示。这种激光器可以发出一连串脉冲，比如，1 秒钟发出10 个脉冲，或者有的就发出一个脉冲。这时，我们就说脉冲重复(频)率前者为10，后者为1，那么，1 秒钟发出10 个脉冲，它的脉冲重复周期为0.1 秒，而1 秒钟发出1 个脉冲，那么，它的脉冲重复周期为 1 秒，我们用T 表示这个脉冲重复周期。 如果单个脉冲的能量为E，那么E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。例如， E = 50 mJ(毫焦)，T = 0.1 秒，那么，平均功率P平均= 50 mJ/0.1 s = 500 mW。 如果用 E 除以t，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peak power)，例如，在前面的例子中E = 50 mJ, t = 10 ns, P峰值= 50 ×10^(-3)/[10×10^(-9)] = 5×10^6 W = 5 MW(兆瓦)，由于脉冲宽度t 很小，它的峰值功率很大。 脉冲能量E=1mj 脉宽t=100ns 重复频率20-80K 脉冲持续时间T=1s/2k=？秒 平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20W P峰值功率=E/t 激光的分类： 激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐，目前工业用红外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um红外

浅析超短脉冲激光微纳加工技术

1 前言 随着激光技术的发展，激光器件向着超短脉冲、超高强度、超短波长的方向迈进，这给激光材料加工带来了革命性的进步。近年来超短脉冲激光精密加工越来越得到人们的关注。这主要体现在超短脉冲激光加工可以得到高于长脉冲激光加工的精度，最高可以达到亚微米甚至纳米。另外超短脉冲激光除了可以进行材料表面的加工，还能够实现对透明材料内部的加工与改性。适用于其他加工方法无法实现的高精度、复杂形状元器件的加工，实现真三维、可设计、可集成。超短脉冲激光的瞬间功率极大，可以和几乎任何材料相互作用，因而可用于激光加工的材料几乎不受限制。对于超硬、易碎、高熔点、易爆等材料的加工，更具有其他方法无法匹敌的优势。 这里的超短脉冲激光微细加工技术指的是利用超短脉冲激光(脉冲宽度在皮秒至飞秒量级，10-12~10-15s) 对材料的显微加工、精密裁切以及微观改性。这里的3个术语定义如下：显微加工指的是对样品材料的精密去除；精密裁切指的是用激光将样品材料裁切成微纳尺度的特征形状；微观改性指的是利用激光改变样品材料特定微观区域的物理化学性能。这3个术语既相互独立又紧密相连，有时在微观改性的同时也伴随着样品材料的精密去除，而显微加工是精密裁切的基础。我们把上述术语统称为超短脉冲激光微纳加工。 2 超短脉冲激光微纳加工分类 从材料的性能变化来说，超短脉冲激光微纳加工可以分为表面形貌、折射率、离子价态、相态、缺陷态、晶态、化学键以及能带结构等的修饰与调控。在超短脉冲激光加工过程中，有时是单一的性能修饰，有时是多项性能的修饰同时发生。现举例说明。 图1为超短脉冲激光诱导的6种材料性能转变。(a)为在金属表面形成的亚波长周期结构。其周期从入射激光波长尺度到入射波长的1/10，为制备纳米尺度周期结构提供了一种全新的途径。(b)为波导结构。超短脉冲激光可以在透明材料内部诱导折射率改变，写入二维、三维的波导结构及器件，如分束器、衍射光栅、阵列波导光栅、波导激光器等。(c)为在晶体内部诱导的缺陷结构，即色心。在诸如半导体、发光、信息存储、色心激光等技术领域有着广泛的应用。(d)为离子价态变化。在金属离子或稀土离子掺杂的玻璃内部，使得掺杂离子的价态发生改变，诱导出具有特殊功能的复合材料，实现特定的线性、非线性光学性能。(e)为晶态变化。超短脉冲激光辐照非晶态的玻璃材料可以在辐照区域析出晶体相，或者超短脉冲激光辐照晶体材料，在激光辐照区域可以从一种晶态向另一种晶态转化，为制备不同晶态的集成器件提供了新途径。(f)为半导体带隙变化。通过超短脉冲激光半导体硅，改变其能带结构。经处理的硅具有吸收光谱宽以及光谱响应速度快的特点，在太阳能电池以及光电探测器方面具有极大的应用前景。