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皮秒激光器的三大技术
发布时间:2022-07-05 16:47

皮秒激光器是一款脉宽为皮秒的激光器。具有皮秒级超短脉宽、重复频率可调、脉冲能量高等特点,在生物医学、光学参量振荡、生物显微成像等领域有着越来越广泛的应用,逐渐成为现代生物成像和分析系统中日益重要的工具。下面谈谈皮秒激光器三大主要技术。

皮秒种子源技术

种子源技术是皮秒激光器的核心技术,种子源的性能直接决定皮秒激光器的稳定性和可靠性,皮秒激光器最不容易控制和出故障最多的地方就是种子激光器,如何延长可饱和吸收镜的使用寿命成为种子源技术的关键。种子激光器一般分基于半导体泵浦技术的固体种子和基于光纤技术的光纤种子两种。固体种子存在结构复杂,体积大,成本高,稳定性差等缺陷,其用于锁模的可饱和吸收镜承受较高功率和热量,寿命通常小于1500小时,为了满足10000小时的使用寿命,需要对可饱和吸收镜频繁换点。相比之下,光纤种子源可饱和吸收镜上承受的功率和热量低很多,使用寿命会长很多,即使可饱和吸收镜不换点,其寿命也可以达到10000小时以上。除此之外,光纤种子源还具有结构简单,制作成本低,性能稳定,基本免维护等优点,因此已经成为各大激光器供应商的首选。

皮秒放大器技术

为了获得大单脉冲能量输出,种子脉冲需要经过高增益放大器放大来实现。皮秒放大器的难点在于如何控制放大后激光的光束质量以及如何避免放大器内部器件因承受高峰值功率而损坏。高增益放大器有三种:光纤放大器、再生放大器以及多程行波放大器。下面从几个维度,对三种放大器的优缺点进行对比。

光纤放大器优点是输出功率高,放大增益高(>109),结构简单稳定,制作成本相对较低,缺陷是受光纤非线性影响,无法获得高单脉冲能量输出,通常小于10uJ。

再生放大器优点是,放大器增益高,很容易获得>200uJ单脉冲能量输出,缺陷是放大腔结构复杂,对脉冲时序要求非常严格,同时需要加入电光腔倒空功能,制作难度大,成本高,稳定性不容易控制。

多程行波放大器的优点是,结构简单,稳定可靠,制作成本低,很容易获得高功率高单脉冲能量输出,缺陷是单级放大增益小,一般可以达到103-104,但是可以通过增加放大级数来获得需要增益,目前绝大多数的激光器厂商采用这种放大器。

先进控制技术

除了种子源和放大器技术以外,皮秒激光器关键技术还包含泵浦源驱动和温控技术、选脉冲技术、脉冲同步技术、数据记录技术,功率调节和监控技术等。

泵浦源驱动和温控技术决定泵浦光的功率和波长稳定性,从而直接影响输出激光脉冲的稳定性。选脉冲技术需要调制器具有<10ns上升和下降时间,同时要考虑脉冲同步问题,避免脉冲被削掉。数据记录技术可以了解激光器运行中的所有数据变化情况,从而跟踪激光器的使用状态。功率调节和监控技术可以实时调节和监控激光器的输出功率,因此在激光加工过程中必不可少。

来源:视界网

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