激光器中的佼佼者 超短脉冲激光器你知多少？

　　　随着越来越多的企业举身投入到工业激光器领域，加上工业激光器的尺寸在缩小，成本在降低，而规格参数却在不断扩大，超短脉冲激光器目前在工业激光器世界倍受瞩目。在最近举办的慕尼黑光博会上，各种不同输出规格的超短脉冲激光器令人耳目一新。

    超短脉冲激光器：

　　激光器从运行上分为连续激光器和脉冲激光器。脉冲激光器是指单个激光脉冲宽度小于0.25秒、每间隔一定时间才工作一次的激光器，它具有较大输出功率，适合于激光打标、切割、测距等。

　　随着越来越多的企业举身投入到工业激光器领域，加上工业激光器的尺寸在缩小，成本在降低，而规格参数却在不断扩大，超短脉冲激光器目前在工业激光器世界倍受瞩目。在最近举办的慕尼黑光博会上，各种不同输出规格的超短脉冲激光器令人耳目一新。

　　超短脉冲激光器被界定为脉冲长度小于1纳秒或更短。众所周知，激光器显微加工要实现边缘切割齐整，需要高性价比的产品，以及最关键的峰值功率强度。而这可以通过使用超短脉冲、超高脉冲、超小光斑尺寸或者综合使用以上所有方式来实现。在这些条件达到最优的时候，即使在波长"透明"的材料中也能实现边缘切割齐整的加工要求，而这几乎与波长无关。确切机制是很复杂的，而且仍存在一些争议，但确实能产出边缘切割齐整的激光加工零部件，而极少甚至完全不需要后期加工处理。

　　激光器不同的连续波意味着激光灯总是亮着，对于超短脉冲激光器来说，激光灯亮的时间相对极短。

　　比如，如果一个激光脉冲是100飞秒，那该激光器的重复率是100Hz，则该激光器实际开动的时间要比关闭的时间少多个数量级。实事求是地说，可以将坐标系统转换成我们人类容易理解的坐标系。如果100飞秒转换成1秒，在第一个脉冲后大约3.5年会有第二个脉冲，或者从另一方面说，激光关闭的时间比开着的时间长1亿倍。

　　超短脉冲原理：

　　调Q技术也叫做Q开关技术，是一种获得高峰值功率、窄脉宽激光脉冲的技术。调Q技术的工作原理如下：在光泵浦初期设法将谐振腔的Q值调低，从而抑制激光振荡的产生，使工作物质上能量粒子数得到积累。随着光泵的继续激励，上能级粒子数逐渐积累到最大值。此时突然将谐振腔的Q值调高，那么积累在上能级的大量粒子便雪崩式地跃迁到激光下能级，在极短的时间内将储存的能量释放出来，从而获得峰值功率极高的激光脉冲输出。

　　在普通激光器中加入调Q元件即构成调Q激光器。根据调Q元件所采用的介质及其工作方式的不同，调Q激光器可分为电光调Q、声光调Q 、可饱和吸收调Q与机械转镜调Q四类。其中，电光调Q和声光调Q是目前应用较为广泛的调Q技术。

　　电光调Q是利用某些晶体所具有的线性电光效应实现Q值突变的，具有开关时间短、效率高、调Q的时刻可以精确控制、系统工作稳定、重复频率高、输出脉宽窄（10~20ns）、峰值功率高（几十兆瓦以上）等优点。

　　声光调Q是利用激光通过声光介质中的超声场时发生衍射效应，造成光束的偏折来控制谐振腔的损耗，从而实现Q值突变的。它具有性能稳定、重复频率高（1~20kHz）、调制电压低（一般<200V）等优点，适用于中小功率、高重频的脉冲激光器。

　　电光调Q或声光调Q都是人为地利用光通过在电场或声波场作用下的电光或声光介质所发生的各种物理效应，从而控制腔内的反射损耗来实现Q值突变的，是一种主动式的调Q方法。

　　而可饱和吸收调Q技术，则是利用可饱和吸收体本身的吸收特性（即它是一种非线性吸收介质，在比较强的激光作用下，它的吸收系数会随光强的增加而逐渐减小直至饱和，对光呈现出透明的特性），通过控制腔内的吸收损耗来调节Q值的，是一种被动式的调Q方法，它具有结构简单、方便实用的特点。

　　半导体可饱和吸收体（SESAM）技术出现于1992年，现已广泛地应用于固体激光器和光纤激光器，以实现短脉冲或超短脉冲。SESAM的基本结构就是把反射镜与吸收体结合在一起。底层一般为半导体反射镜，其上生长一层半导体可饱和吸收体薄膜，最上层可能生长一层反射镜或直接利用半导体与空气的界面作为反射镜。这上下两个反射镜就形成了一个法布里-珀罗腔，改变吸收体的厚度以及两反射镜的反射率，可以调节吸收体的调制深度和反射镜带宽。

　　超短脉冲特点：

　　时间宽度短：瞬态成像；高速通信……

　　光谱含量丰富：激光光谱检测；脉冲整形；通信中光谱编码……

　　光脉冲峰值功率高：激光加工；激光医学手术；强场激光与物质相互作用；激光核聚变……

　　超短脉冲激光应用：

　　飞秒激光加工：飞秒激光脉宽短至4飞秒以内，峰值功率高达拍瓦量级聚焦功率密度达到每平方厘米二十量级。可以将全部能量快速准确集中在限定作用区域，实现对玻璃、陶瓷、半导体塑料、聚合物、树脂等材料的微纳尺寸加工。

　　飞秒激光成像

　　超短脉冲激光器中一系列关键技术问题：

　　没有一套完整理论解释：在极端（超短、超快、超强），激光与物质相互作用的物理本质；

　　加大力度投资生产超短脉冲激光器、微加工系统，将其体积进一步小型化；改善其加工环境，延长机器寿命；

　　针对激光器加工特点和加工材料开发模型设计软件，对加工过程进行模拟仿真，实现最佳参数加工；

　　降低加工成本，实现高效率生产，满足市场需求。