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超快激光科学促进产业发展

发布时间:2019-08-15 19:31:06

  虽然超快(皮秒和飞秒)只是器应用于当今工业界和医疗界(如加工玻璃用于智能屏幕和激光眼科手术)的一个重要部分,但是超快科学激光器在研究领域的应用却非同一般。事实上,科学研究是所有类型激光器的开始,恰恰超快激光器也是从研究项目开始的。

  超快科学激光器的类型包括振荡器和放大器,两者都可以采用大块的或光纤器件构建。采用光纤制造可以实现小型、坚固的超快科学激光器,虽然光纤有很多亟待解决的内在问题:高峰值功率以及纤维经过高强度使用引起的光学损伤或非线性光学效应。然而,后者在某些情况下经过善加利用的突出例子是超连续光源,依赖于光纤非线性特性输出高亮度宽带光。

  超快科学激光器类别包括产生超短飞秒脉冲的商用激光器,这种激光器通常依靠成熟技术产生高质量脉冲,如载波包罗相位(CEP)稳定,确保每个周期脉冲的相位被正确校准在脉冲包络里。为了产生不损伤放大器内器件的高能放大飞秒脉冲,啁啾脉冲放大(CPA)利用色散元件在脉冲进入放大器之前在时间上延展种子脉冲,经过放大之后高能脉冲被时域压缩。

  超快激光器的历年演变可以参见德国光纤超快激光器供应商Toptica公司提供的表格,第一台超快激光器基于染料增益介质,价格昂贵,性能不稳定,而基于固体增益介质的激光器,如钛蓝宝石激光器,基于光纤的商用激光器具有较高的可靠性及合理成本(如图1所示)。

  图1 超快激光器演变过程,从最初的染料激光器到最近的固态和

  超快光纤激光器

  Toptica生产的皮秒和飞秒被动锁模光纤激光器增益介质采用光纤掺镱(Yb)和铒(Er), Toptica总裁Wilhelm Kaenders说, 多年以来,我们一直采用保偏光纤及饱和吸收器技术,目前有些光纤解决方案的使用寿命已经超过 0000小时。 公司的激光器发射波长包括780、10 0、1064、1550nm。

  Kaenders指出Toptica激光器的高连续操作时间可以用于特殊用途,如太赫兹生成、多光子显微镜、双光子聚合,以及时间分布的精密光学时钟。该激光器产生的脉冲持续时间从40fs到10ps,甚至还能与主动重复率同步,质量特别适于频率梳的产生。频率梳的许多科学用途包括等离子体灭菌测量、发现外流星、超精密时间信号转换、微量气体检测、绝对距离测量干涉。

  由于体积小,超快光纤激光器可以作为钛蓝宝石放大器的优秀种子光源。例如,Continuum公司制造的Q-Light-PM是一款小型、尺寸为459.px 92.5px 162.5px的坚固盒子,包含一个掺铒光纤激光器发射线偏振光倍频到780nm波段、光束质量(M2)为1.2或更高,脉冲持续时间110fs或更短,重复频率 0~40MHz,平均功率10mW左右;盒子里还包括电控制器。除了作为钛蓝宝石放大器种子源,激光器还可以用于成像处理和生物医学研究。

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