飛秒脈衝(chong) 和皮秒脈衝(chong) 的線性吸收所產(chan) 生的影響往往被忽視,因為(wei) 脈衝(chong) 的峰值功率非常高,以至於(yu) 貫穿多光子過程的非線性吸收相對於(yu) 線性吸收來講占據了主導地位。如果上述情況的脈衝(chong) 持續時間和能量密度的邊界條件都得以滿足,那麽(me) 這種說法往往會(hui) 產(chan) 生誤導。
為(wei) 了直觀地說明這一點,圖1給出了矽對能量密度為(wei) 1J/cm2的脈衝(chong) 的吸收曲線。 對於(yu) 持續時間為(wei) 6ps甚至是更寬的脈衝(chong) ,線性吸收都絕對超過非線性吸收占據了主導地位。即使脈衝(chong) 持續時間為(wei) 500 fs,這種狀況也不會(hui) 改變:非線性吸仍然非常低,以至於(yu) 無法達到想要的1µm級的光穿透深度。
選擇一個(ge) 紫外波長,使理論上的最佳性能與(yu) 實踐中的(如用於(yu) 矽片切割)相同。出於(yu) 某種目的,在加工矽片中,使用綠光波長可能就足以滿足要求。
具有適當能量密度與(yu) 波長的飛秒脈衝(chong) 及皮秒脈衝(chong) ,適合用於(yu) 那些要求熱影響非常小的材料加工應用。此外,對於(yu) 皮秒脈衝(chong) 的持續時間而言,產(chan) 生這些脈衝(chong) 的技術方法可以大大簡化。無需啁啾脈衝(chong) 放大(CPA)的直接二極管泵浦和放大(功率調整),對於(yu) 超短脈衝(chong) 技術在工業(ye) 市場的成功,是非常必需的。事實上,對於(yu) 工業(ye) 微加工領域一種具有成本效益的應用而言,必須將平均輸出功率增加到50W甚至更高。
光纖與(yu) 碟片的結合
20世紀70年代棒狀激光器(開始是燈泵浦後來是二極管泵浦)問世。在超越高平均功率對光束質量限製的同時,棒狀激光器、二極管泵浦碟片激光器技術均在20世紀90年代獲得了長足發展,使其成為(wei) 了工業(ye) 領域千瓦級連續應用最可靠的技術選擇。
光纖激光器技術和碟片激光器技術比傳(chuan) 統的棒狀激光器技術更為(wei) 優(you) 越,因為(wei) 它們(men) 采用了比激光激活體(ti) 更大的散熱麵,使TEM00連續運作的功率水平能達到500W甚至更高。在同等的亮度下,細小的光纖芯徑使得光纖激光器內(nei) 的激光強度要遠遠高於(yu) 碟片激光器。
然而,當放大皮秒脈衝(chong) 和飛秒脈衝(chong) 時,高光強會(hui) 導致非線性效應,如自相位調製或拉曼散射,這需要在超快光纖放大器中增加複雜的啁啾脈衝(chong) 放大,或將可獲得的最大脈衝(chong) 能量限製在6μJ甚至更低。用碟片激光器技術作為(wei) 皮秒脈衝(chong) 的放大器,能夠實現高峰值功率(高達100MW)和低光強,並且不會(hui) 產(chan) 生非線性效應。
為(wei) 了實現具有高脈衝(chong) 能量(高達250μJ)和高平均功率(高達100W)的皮秒激光器,需要使用具有以下獨特配置的主振功率放大器:一個(ge) 基於(yu) 電信組件的被動鎖模光纖激光器,作為(wei) 一個(ge) 單片集成的、具有成本效益的、可靠的光源,用於(yu) 低功率和低脈衝(chong) 能量皮秒脈衝(chong) 的產(chan) 生。
利用碟片激光器將光纖激光器的輸出功率放大5個(ge) 數量級,達到紅外功率超過100W,綠光功率達到60W,脈衝(chong) 頻率範圍200~800kHz,無需使用複雜的啁啾脈衝(chong) 放大器。即使在這些功率水平,也能實現M2<1.3的卓越光束質量。此外,對於(yu) 激光器的每個(ge) 可選的參數組合,其輸出光束質量均能保持上述水平。
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