在美國以及世界各地的學術界以及政府和產業實驗室所從事的基礎研究和應用研究工作表明，超短脈衝激光器(USPLs)的廣泛應用具有重大前途。正如光學工程期刊最近列舉的一個特殊例子，這些應用涵蓋了從基本科學研究探索基本物理和各種化學反應性質、光與物質相互作用、大多數材料相互作用和先進製造技術。
正如其他人注意到的，超短脈衝與物質相互作用在時間尺度上會產生非熱效應。對於基礎物理和化學研究，脈衝的性質允許研究人員探測詳細動力學以及光子吸收和化學反應的動力學、並提供一種可以在頻譜和時間領域調整的寬帶源。對於散裝材料的相互作用，已表明超短脈衝可以用於刪除各種材料減少或消除熱影響區域的問題。反過來，這也幫助激光器製造商開發先進的製造技術用於工業生產過程。
使USPL源從實驗室轉化變成製造產品的一個關鍵推動者是USPL技術的商業化。從2006年開始，美國國防部，特別是美國海軍，發起了一項超短脈衝激光技術開發項目將USPL係統分解為可以獨立追蹤和改善的子係統和部件，部件的增量和革命性改進引發USPL能力的顯著進步以及總體技術成熟度。
該報告總結了項目，包括如下內容：概述推動USPL源的動機，重點強調商業應用如機械製造的實際意義；簡要概述USPL係統構架和關鍵部件整體性能；概述這些部件的實際科技發展技術，最後，簡要總結該項目取得的幾個顯著技術成果。
1.動機
為什麽是超短脈衝激光器？
超短脈衝激光器是產生飛秒量級(10-15s)光脈衝的的設備。產生這些脈衝的設備通常稱為模式鎖定激光器——激光源所有共同相位的縱向模式振蕩。結果，超短振蕩器產生的這些脈衝的重複頻率與激光腔的往返時間相關(通常為兆赫茲的10’s~100’s)，時域脈衝持續時間(即脈衝寬度)由激光器的光譜含量的傅裏葉變換給出。
USPL係統可以在不產生過大熱影響區的條件下實施材料加工，圖1給出了區別。
如圖1所示，對比於連續波或納秒脈衝源，高精度打孔或切割的應用使用USPL源將大大獲益。隨著加工材料靈敏度的變化，也很有必要使用USPL源。例如許多先進玻璃、聚合物和介電材料對於熱高度敏感，當被加熱時易變脆，甚至在很小程度上。
圖1不同激光脈衝類型下的材料加工對比
目前技術
USPL源的大多數實驗室都是基於閃光燈泵浦摻鈦藍寶石晶體，實現多級放大，產生的脈衝寬度為10~100fs，脈衝能量為幾微焦。備用波長可由二極管泵浦鉺玻璃或晶體(1.5微米)或者摻雜鐿玻璃或晶體(1微米)。各種非線性轉換過程可以產生更長或更短的波長。傳統上，由於較差的耐用性(所造成的機械振動不穩定性)和對環境的敏感性這些大型固態係統不適合工業應用。從係統的角度來看，大多數的耐用性和環境敏感性問題都可以追溯到自由空間光學架構上。可靠性、可維護性、模塊化——對所有商用激光器係統的高度期望的屬性，常常與給定激光係統內的自由空間光學元件的數量是負相關的。
2.海軍技術發展項目
目標
海軍的技術發展項目的目標是開發能夠製造高性能、結構緊湊、輕巧的USPL係統的總體架構及其組件，係統工作在數毫焦脈衝能量、亞皮秒脈衝持續時間、10~100kHz重複頻率，運行波長為1.5微米，可以通過計算機軟件控製實現遠程遙感操作。由於光纖對環境條件(包括溫度、濕度和衝擊/振動)的相對不敏感性，首選的技術發展路線是基於光纖的，盡管大尺寸布拉格光柵展寬和壓縮機技術是興趣點，由於在尺寸和重量節省方麵取得了革命性的進步。
高脈衝能量和亞皮秒脈衝持續時間的基本原理是顯而易見的，更高的峰值功率可以實現更高效的機械加工。選擇1.5微米波長是因為它代表了中紅外波長並且是“人眼安全”的波長範圍。此外，有人認為摻鉺光纖係統在上世紀取得的進步有利於推動技術的快速發展。
海軍SBIR項目
美國國防部的一小部分預算是預留給小企業創新研究計劃的。一年幾次，每個國防部部門都會公布可獲得資助的研究課題。從2006~2007年開始持續到2013年，美國海軍發布了9個不同的研究主題涵蓋整個USPL係統鏈(見下文)。從這些主題簽發了幾十個合同給小企業，推動了USPL技術最先進發展。
正如上麵提到的，美國海軍USPL技術發展規劃認識到有必要解決USPL產生和放大過程的每一步。計劃遠景為每個元素描繪了一個或多個主題，如圖2所示。
圖2USPL組件及性能目標藍圖
具體來說，研究主題包括光纖放大器技術和材料開發、緊湊壓縮機技術開發、光纖傳輸技術開發、脈衝相位壓縮技術及技術開發。
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