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飞秒光纤激光器为材料研究与加工提供新途径
发布时间:2021-09-16
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本文摘要:光纤激光器用于稀土掺入光纤作为转录介质,用激光二极管不作泵浦源,本身固有一些关键优势,使它们在通过锁模产生非同脉冲方面极具吸引力。掺入光纤的高增益比特率和效率,容许生产比较低廉、灵活、牢固的光纤激光器系统,这些系统获取合适广泛应用的光纤耦合输入光束。 飞秒架构 光纤获取较高的表面积-体积比,从而可实现有效地的加热,并且可以根据特定性能参数展开自定义。

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光纤激光器用于稀土掺入光纤作为转录介质,用激光二极管不作泵浦源,本身固有一些关键优势,使它们在通过锁模产生非同脉冲方面极具吸引力。掺入光纤的高增益比特率和效率,容许生产比较低廉、灵活、牢固的光纤激光器系统,这些系统获取合适广泛应用的光纤耦合输入光束。  飞秒架构  光纤获取较高的表面积-体积比,从而可实现有效地的加热,并且可以根据特定性能参数展开自定义。

光纤激光器最初仅限于连续波(CW)、较低功率、单模运营;经过了三十多年的发展,现在光纤激光器早已需要构建单模和多模运营,波长范围覆盖面积紫外(UV)到远红外(far-IR)波段,并且能获取十分低的功率水平、星型的反复频率,以及(或许的最明显的)毫秒到飞秒级的脉长。  不同于传统的自由空间激光器,光纤激光器使用光纤和光纤布拉格光栅(FBG),后者代替了常规的介质反射镜,用作光学对系统。大多数高功率光纤激光器使用双包层光纤架构,其中增益介质在光纤的纤芯,由两层包层围困。来自激光二极管或另一个光纤激光器的多模泵浦光束,在内包层中传播并受到外包层的约束,唤起转录介质,并产生在光纤纤芯中传播的激射模式。

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  为了产生超快激光脉冲,必须使用主动或被动锁模技术。今天用作被动锁模的一些技术,还包括非线性偏振转动和饱和状态吸取技术,而电光或声光调制器用作主动锁模。

  在半导体可饱和吸取镜(SESAM)中,半导体量子阱生长在半导体分布式布拉格反射器上,SESAM已顺利地用作生产工作在1.0mu;m和1.5mu;m波长处的飞秒光纤激光器。通过使用石墨烯可饱和吸收体的掺入铒(Er)光纤激光器,早已展出了自启动锁模和平稳的孤子脉冲产生。这些只是商业激光器制造商正在使用的几种飞秒光纤激光器架构,以符合各种科学和工业应用于。  非线性锁模  对于可反复的长年平稳运营,德国MenloSystems公司的“figure9”技术使用行之有效的非线性光学环镜(NOLM)锁模机制。

振荡器和放大器皆只用于健稍光纤组件,构建低稳定性和低噪声,运营免除确保。  Menlo的掺入铒光纤激光器在中心波长1560nm和780nm一处具备宽带增益,获取标准和高功率型号,在50~250MHz的反复频率范围内,具备90fs的脉长。Menlo的掺入镱(Yb)Orange飞秒光纤激光器,工作在1040nm和520nm波长处,平均功率10W,并获取150fs的脉长。作为一家光学频率巴利开发商,Menlo的所有激光器系统皆需要以高精度实时。

这些系统普遍用作光谱学、显微镜、计量、引力观测和材料加工领域。  BlueCut包括一个振荡器、一个配有脉冲掉落单元的放大器,以及用作高能量较短脉冲的压缩器,是Menlo的工业级微焦耳光纤激光器系统。基于仅有光纤构建技术,该系统牢固、平稳,可用作微加工应用于(闻图1)。  图1:使用MenloSystems公司的BlueCut微焦飞秒光纤激光器,切割成的骨骼样品的剖面图(a),在凝甲基丙烯酸甲酯(PMMA)内制取的人工晶状体(b),以及微波应用于的金螺旋(c)。

  光纤CPA  基于其光纤啁啾脉冲缩放(FCPA)技术,美国IMRAAmerica公司的FCPAmu;Jewel系列,由具备充足脉冲能量的掺入镱光纤激光器构成,甚至在1045nm波长处(闻图2)。FCPA架构容许用户在两种模式下展开自由选择:100kHz或200kHz的反复频率、高达50mu;J的高能量模式;以及1MHz下10W和20W的高平均功率模式。

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该自由选择容许用户根据应用于市场需求,以更慢的速率展开材料加工。  图2:IMRA光纤啁啾脉冲缩放(FCPA)技术的基本架构,在FCPAmu;JewelDE1050上部署,需要获取高达50mu;J的脉冲能量。  IMRA的拉曼频移技术,让掺入铒拉曼频移飞秒光纤激光器在810nm波长处,产生了整洁的脉冲形状和光谱,从而使Femtolite光纤激光器需要替代钛蓝宝石(Ti:sapphire)激光器——这类激光器仍然是临床和工业飞秒应用于中的主力军。

在810nm和1620nm波长处,Femtolite的功率范围覆盖面积150~200mW,这在太赫兹波产生和观测、多光子荧光显微镜,以及二次谐波光学中十分简单。  此外,飞秒脉冲可通过光纤传输到最终用户设备中。FemtoliteFD系列获取光纤耦合输入,反复频率50MHz,平均值输出功率高达1W。这种水平的脉冲能量,对于必须将飞秒脉冲光源灵活性地构建到设备中的许多非线性光学或计量应用于而言,早已充足用了。

  某种程度地,光纤激光器啁啾脉冲放大器(FLCPA),也是美国CalmarLaser公司Cazadero高能量(高达30mu;J)超快激光器的基础,该激光器在1mu;m或1.5mu;m波长处产生超快脉冲(0.5ps),反复频率数百千赫兹。这些超快激光器产品可以输入绿光(515nm)和紫外光(343nm),能够与该公司的BodegaOPA耦合,进而能在整个近红外(near-IR)区域获取较宽的波长范围。


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