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      飛秒光纖激光器為材料加工提供新途徑

      時間:2017-02-05人氣: 作者: 鐳屏科技

      導讀: 光纖激光器使用稀土摻雜光纖作為激活介質,用激光二極管作泵浦源,本身固有一些關鍵優勢,使它們在通過鎖模產生超短脈沖方面頗具吸引力。


      光纖激光器使用稀土摻雜光纖作為激活介質,用激光二極管作泵浦源,本身固有一些關鍵優勢,使它們在通過鎖模產生超短脈沖方面頗具吸引力。摻雜光纖的高增益帶寬和效率,允許制造相對便宜、緊湊、堅固的光纖激光器系統,這些系統提供適合廣泛應用的光纖耦合輸出光束。

      飛秒架構

      光纖提供較高的表面積 - 體積比,從而可實現有效的冷卻,并且可以根據特定性能參數進行定制。光纖激光器最初僅限于連續波(CW)、低功率、單模運行 ;經過了三十多年的發展,現在光纖激光器已經能夠實現單模和多模運行,波長范圍覆蓋紫外(UV)到遠紅外(far-IR)波段,并且能提供非常高的功率水平、可變的重復頻率,以及(也許的最顯著的)毫秒到飛秒級的脈寬。

      不同于傳統的自由空間激光器,光纖激光器采用光纖和光纖布拉格光柵(FBG),后者取代了常規的介質反射鏡,用于光學反饋。大多數高功率光纖激光器采用雙包層光纖架構,其中增益介質在光纖的纖芯,由兩層包層包圍。來自激光二極管或另一個光纖激光器的多模泵浦光束,在內包層中傳播并受到外包層的約束,激發激活介質,并產生在光纖纖芯中傳播的激射模式。

       

      為了產生超快激光脈沖,需要采用主動或被動鎖模技術。今天用于被動鎖模的一些技術,包括非線性偏振旋轉和飽和吸收技術,而電光或聲光調制器用于主動鎖模。

      在半導體可飽和吸收鏡(SESAM)中,半導體量子阱生長在半導體分布式布拉格反射器上,SESAM 已成功地用于制造工作在1.0μm 和 1.5μm 波長處的飛秒光纖激光器。通過采用石墨烯可飽和吸收體的摻鉺(Er)光纖激光器,已經展示了自啟動鎖模和穩定的孤子脈沖產生。這些只是商業激光器制造商正在采用的幾種飛秒光纖激光器架構,以滿足各種科學和工業應用。

      非線性鎖模

      對于可重復的長期穩定運行,德國Menlo Systems公司的“figure 9”技術采用行之有效的非線性光學環鏡(NOLM)鎖模機制。振蕩器和放大器均只使用保偏光纖組件,實現高穩定性和低噪聲,運行免維護。

      Menlo的摻鉺光纖激光器在中心波長1560nm和780nm處具有寬帶增益,提供標準和高功率型號,在50~250MHz 的重復頻率范圍內,具有 90fs 的脈寬。Menlo 的摻鐿(Yb)Orange飛秒光纖激光器,工作在1040nm 和 520nm 波長處,平均功率 10W,并提供 150fs 的脈寬。作為一家光學頻率梳開發商,Menlo 的所有激光器系統均能夠以高精度同步。這些系統廣泛用于光譜學、顯微、計量、引力觀測和材料加工領域。

      BlueCut 包含一個振蕩器、一個配備脈沖拾取單元的放大器,以及用于高能量短脈沖的壓縮器,是 Menlo的工業級微焦耳光纖激光器系統?;谌饫w集成技術,該系統堅固、穩定,可用于微加工應用(見圖 1)。

      光纖CPA

      基于其光纖啁啾脈沖放大(FCPA)技術,美國IMRA America公司的 FCPA μJewel 系列,由具有足夠脈沖能量的摻鐿光纖激光器組成,甚至在1045nm 波長處(見圖 2)。FCPA 架構允許用戶在兩種模式下進行選擇 :100kHz 或 200kHz 的重復頻率、高達50μJ 的高能量模式 ;以及1MHz下10W和20W的高平均功率模式。該選擇允許用戶根據應用需求,以更快的速率進行材料加工。

       

      IMRA 的拉曼頻移技術,讓摻鉺拉曼頻移飛秒光纖激光器在 810nm波長處,產生了干凈的脈沖形狀和光譜,從而使 Femtolite 光纖激光器能夠替代鈦藍寶石(Ti:sapphire)激光器——這類激光器一直是臨床和工業飛秒應用中的主力軍。在 810nm 和1620nm 波長處,Femtolite 的功率范圍覆蓋 150~200mW,這在太赫茲波產生和探測、多光子熒光顯微鏡,以及二次諧波成像中非常有用。


       

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