什么是超短脉冲激光？

据说光每秒传播约 300,000 公里。然而，光在1皮秒内传播的距离约为0.3毫米，光在1飞秒内传播的距离约为0.3微米。

这表明超短脉冲激光器是脉冲时间宽度极短的激光器。脉冲是在短时间内发生显着变化的信号的总称。

由于其极短的脉冲特性，超短脉冲激光器对激光加工区域周围的热量几乎没有影响。此外，许多材料都可以进行高质量的激光加工。

超短脉冲激光的应用

超短脉冲激光具有高峰值强度，并且由于分子吸收多个光子时会引起“引起电离的多光子电离”或“由于光的强电场引起的隧道电离”相关的非线性吸收，因此即使在透明材料中也具有强吸收。 。

通过将飞秒激光聚焦在透明材料内部，可以在材料内部进行三维加工。

此外，我们可以加工多种材料，从高硬度金刚石到低硬度玻璃、软树脂、复合材料、石英和陶瓷。

超短脉冲激光器几乎不施加热量，因此不会产生毛刺，并且可以微米级进行调整。这使得精细加工成为可能，例如钻孔、修整和微纹理。

此外，飞秒脉冲激光器可以比皮秒脉冲激光器执行更精确的加工。

然而，纳秒脉冲激光器受热影响，可能会产生毛刺。

超短脉冲激光原理

激光振荡方式主要有两种：连续振荡和脉冲振荡。具有连续波机制的激光器称为CW（连续波）激光器，激光器连续振荡。

另一种类型称为脉冲激光，激光间歇振荡。

此外，脉冲振荡的机制有多种，例如直接调制、外部调制、Q开关和锁模，每种机制都会产生不同的脉冲宽度。

超短脉冲激光器通常采用锁模方法来处理皮秒和飞秒脉冲宽度。由于时间和频率之间的傅里叶变换关系，为了产生超短脉冲，必须有足够的光谱展宽和恒定的相位关系。锁模方法被用作创造该条件的最佳方法。

锁模方式

锁模方式一般有两种：强制锁模和被动锁模（自锁模）。

强制模式同步强制锁模是一种通过在激光谐振腔内放置损耗或相位调制器并将调制频率与纵模间距匹配来同步模式之间的相位的方法。

被动模式同步无源锁模用谐振器内的可饱和吸收器代替调制器。结果，脉冲的前沿被吸收器刮掉。通过激光介质的饱和来切割后端部分，从而获得超短脉冲。

超短脉冲激光器价格

超短脉冲激光器的脉冲宽度小于皮秒或飞秒范围，由于其结构，它们属于昂贵的激光器范畴。

振荡波长根据用途有多种规格，从1微米波段红外线的基波，到二次谐波绿光和三次谐波紫外线。也有适合微细加工到科学研究用的产品，价格一般在数千万日元左右。

超短脉冲激光器的历史

第一个被称为红宝石激光器的脉冲激光器于 20 世纪 60 年代开发出来。当时的红宝石激光器属于普通振荡，输出的是短脉冲。然而，自从Q开关方法被开发出来以来，它已经成为一种实用的激光器，并且至今仍在使用。

Q开关法

Q开关方法主要处理从us（微秒）到ns（纳秒）的脉冲宽度。Q开关方式的激光输出利用脉冲振荡，是在短时间内一次性获得大量输出的方式。

该方法通过降低Q值直到激光晶体发生粒子数反转并变大来限制激光振荡。然后，当粒子数反转达到一定大小时，通过增加Q值来产生强脉冲光。

主要用于加工电子和半导体零件。

通过如上所述的Q开关方法的建立，与使用红宝石或其他材料的固态激光器相比，峰值功率得到了提高，使得再现单个高功率纳秒脉冲成为可能。

随后，1965年改进了红宝石激光器，1966年在玻璃激光器中实现了使用可饱和吸收体的锁模振荡。这使得激光输出能够在皮秒内完成。

1968年，通过外部压缩输出脉冲实现了亚皮秒激光输出。

此外，20 世纪 70 年代，皮秒的鼎盛时期到来了。在此期间，出现了YAG激光器和染料激光器，并开始利用快速脉冲操作的锁模，实用的皮秒激光器问世。

此外，1974 年，连续泵浦染料激光器实现了亚皮秒脉冲的直接生成。

YAG激光

YAG 激光器使用钇 (Y) 和铝，这也用在其名称中。（A）、石榴石（G）等晶体施加强光来激发并产生激光的方法

这种方法不使用电极，因此更容易管理，并且更容易在短时间内进行加工和自动化处理。

染料激光

染料激光器是一种被称为液体激光器的激光器，其激光介质是通过将染料溶解在酒精、水等中制成的。这种激光器具有很宽的波长范围并且可以连续调谐。它还具有广泛的应用，例如癌症治疗和铀浓缩。

1981年，一种称为碰撞脉冲模式同步的方法被开发出来，开创了飞秒时代。然后，在1982年，通过脉冲压缩方法的发展缩短了脉冲宽度。

随后，在20世纪90年代，自锁模钛蓝宝石激光器被开发出来，稳定、高性能的飞秒激光器开始流行。