隨著越來(lái)越多的企業(yè)舉身投入到工業(yè)激光器領(lǐng)域，加上工業(yè)激光器的尺寸在縮小，成本在降低，而規(guī)格參數(shù)卻在不斷擴(kuò)大，超短脈沖激光器目前在工業(yè)激光器世界倍受矚目。在最近舉辦的慕尼黑光博會(huì)上，各種不同輸出規(guī)格的超短脈沖激光器令人耳目一新。

　　超短脈沖激光器：

　　激光器從運(yùn)行上分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。脈沖激光器是指單個(gè)激光脈沖寬度小于0.25秒、每間隔一定時(shí)間才工作一次的激光器，它具有較大輸出功率，適合于激光打標(biāo)、切割、測(cè)距等。

　　隨著越來(lái)越多的企業(yè)舉身投入到工業(yè)激光器領(lǐng)域，加上工業(yè)激光器的尺寸在縮小，成本在降低，而規(guī)格參數(shù)卻在不斷擴(kuò)大，超短脈沖激光器目前在工業(yè)激光器世界倍受矚目。在最近舉辦的慕尼黑光博會(huì)上，各種不同輸出規(guī)格的超短脈沖激光器令人耳目一新。

　 　超短脈沖激光器被界定為脈沖長(zhǎng)度小于1納秒或更短。眾所周知，激光器顯微加工要實(shí)現(xiàn)邊緣切割齊整，需要高性價(jià)比的產(chǎn)品，以及最關(guān)鍵的峰值功率強(qiáng)度。而這 可以通過(guò)使用超短脈沖、超高脈沖、超小光斑尺寸或者綜合使用以上所有方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這些條件達(dá)到最優(yōu)的時(shí)候，即使在波長(zhǎng)"透明"的材料中也能實(shí)現(xiàn)邊緣切割 齊整的加工要求，而這幾乎與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。確切機(jī)制是很復(fù)雜的，而且仍存在一些爭(zhēng)議，但確實(shí)能產(chǎn)出邊緣切割齊整的激光加工零部件，而極少甚至完全不需要后期加工處理。

　　激光器不同的連續(xù)波意味著激光燈總是亮著，對(duì)于超短脈沖激光器來(lái)說(shuō)，激光燈亮的時(shí)間相對(duì)極短。

　 　比如，如果一個(gè)激光脈沖是100飛秒，那該激光器的重復(fù)率是100Hz，則該激光器實(shí)際開(kāi)動(dòng)的時(shí)間要比關(guān)閉的時(shí)間少多個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)事求是地說(shuō)，可以將坐 標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成我們?nèi)祟惾菀桌斫獾淖鴺?biāo)系。如果100飛秒轉(zhuǎn)換成1秒，在第一個(gè)脈沖后大約3.5年會(huì)有第二個(gè)脈沖，或者從另一方面說(shuō)，激光關(guān)閉的時(shí)間比開(kāi)著 的時(shí)間長(zhǎng)1億倍。

　　超短脈沖原理：

　　調(diào)Q技術(shù)也叫做Q開(kāi)關(guān)技 術(shù)，是一種獲得高峰值功率、窄脈寬激光脈沖的技術(shù)。調(diào)Q技術(shù)的工作原理如下：在光泵浦初期設(shè)法將諧振腔的Q值調(diào)低，從而抑制激光振蕩的產(chǎn)生，使工作物質(zhì)上 能量粒子數(shù)得到積累。隨著光泵的繼續(xù)激勵(lì)，上能級(jí)粒子數(shù)逐漸積累到最大值。此時(shí)突然將諧振腔的Q值調(diào)高，那么積累在上能級(jí)的大量粒子便雪崩式地躍遷到激光 下能級(jí)，在極短的時(shí)間內(nèi)將儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)，從而獲得峰值功率極高的激光脈沖輸出。

　　在普通激光器中加入調(diào)Q元件即構(gòu)成調(diào)Q激光器。根據(jù)調(diào)Q元件所采用的介質(zhì)及其工作方式的不同，調(diào)Q激光器可分為電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q 、可飽和吸收調(diào)Q與機(jī)械轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q四類。其中，電光調(diào)Q和聲光調(diào)Q是目前應(yīng)用較為廣泛的調(diào)Q技術(shù)。

　　電光調(diào)Q是利用某些晶體所具有的線性電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)Q值突變的，具有開(kāi)關(guān)時(shí)間短、效率高、調(diào)Q的時(shí)刻可以精確控制、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、重復(fù)頻率高、輸出脈寬窄（10~20ns）、峰值功率高（幾十兆瓦以上）等優(yōu)點(diǎn)。

　　聲光調(diào)Q是利用激光通過(guò)聲光介質(zhì)中的超聲場(chǎng)時(shí)發(fā)生衍射效應(yīng)，造成光束的偏折來(lái)控制諧振腔的損耗，從而實(shí)現(xiàn)Q值突變的。它具有性能穩(wěn)定、重復(fù)頻率高（1~20kHz）、調(diào)制電壓低（一般<200V）等優(yōu)點(diǎn)，適用于中小功率、高重頻的脈沖激光器。

　　電光調(diào)Q或聲光調(diào)Q都是人為地利用光通過(guò)在電場(chǎng)或聲波場(chǎng)作用下的電光或聲光介質(zhì)所發(fā)生的各種物理效應(yīng)，從而控制腔內(nèi)的反射損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)Q值突變的，是一種主動(dòng)式的調(diào)Q方法。

　 　而可飽和吸收調(diào)Q技術(shù)，則是利用可飽和吸收體本身的吸收特性（即它是一種非線性吸收介質(zhì)，在比較強(qiáng)的激光作用下，它的吸收系數(shù)會(huì)隨光強(qiáng)的增加而逐漸減小 直至飽和，對(duì)光呈現(xiàn)出透明的特性），通過(guò)控制腔內(nèi)的吸收損耗來(lái)調(diào)節(jié)Q值的，是一種被動(dòng)式的調(diào)Q方法，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便實(shí)用的特點(diǎn)。

　　半導(dǎo)體可飽和吸收體（SESAM）技術(shù)出現(xiàn)于1992年，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于固體激光器和光纖激光器， 以實(shí)現(xiàn)短脈沖或超短脈沖。SESAM的基本結(jié)構(gòu)就是把反射鏡與吸收體結(jié)合在一起。底層一般為半導(dǎo)體反射鏡，其上生長(zhǎng)一層半導(dǎo)體可飽和吸收體薄膜，最上層可 能生長(zhǎng)一層反射鏡或直接利用半導(dǎo)體與空氣的界面作為反射鏡。這上下兩個(gè)反射鏡就形成了一個(gè)法布里-珀羅腔，改變吸收體的厚度以及兩反射鏡的反射率，可以調(diào) 節(jié)吸收體的調(diào)制深度和反射鏡帶寬。

　　超短脈沖特點(diǎn)：

　　時(shí)間寬度短：瞬態(tài)成像；高速通信……

　　光譜含量豐富：激光光譜檢測(cè)；脈沖整形；通信中光譜編碼……

　　光脈沖峰值功率高：激光加工；激光醫(yī)學(xué)手術(shù)；強(qiáng)場(chǎng)激光與物質(zhì)相互作用；激光核聚變……

　　超短脈沖激光應(yīng)用：

　　飛秒激光加工：飛秒激光脈寬短至4飛秒以內(nèi)，峰值功率高達(dá)拍瓦量級(jí)聚焦功率密度達(dá)到每平方厘米二十量級(jí)?？梢詫⑷磕芰靠焖贉?zhǔn)確集中在限定作用區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體塑料、聚合物、樹(shù)脂等材料的微納尺寸加工。

　　飛秒激光成像

　　超短脈沖激光器中一系列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：

　　沒(méi)有一套完整理論解釋：在極端（超短、超快、超強(qiáng)），激光與物質(zhì)相互作用的物理本質(zhì)；

　　加大力度投資生產(chǎn)超短脈沖激光器、微加工系統(tǒng)，將其體積進(jìn)一步小型化；改善其加工環(huán)境，延長(zhǎng)機(jī)器壽命；

　　針對(duì)激光器加工特點(diǎn)和加工材料開(kāi)發(fā)模型設(shè)計(jì)軟件，對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，實(shí)現(xiàn)最佳參數(shù)加工；

　　降低加工成本，實(shí)現(xiàn)高效率生產(chǎn)，滿足市場(chǎng)需求。

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