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超短脉冲激光技术的进一步发展和高可靠性

超短脉冲激光技术的进一步发展和高可靠性

飞秒激光器是近20年激光科学发展中最强大的新工具之一。飞秒脉冲很短,目前在4秒内。1飞秒(fs),或10-15秒,只有1000万亿分之一秒。如果宇宙以10fs为几何平均值测量,使用寿命只有1分钟;飞秒脉冲如此强大,多级唧唧脉冲放大(注册会计师)技术获得的最大脉冲峰值功率可达100瓦(TW或1012W)甚至1015W。飞秒激光器是人类创造的奇迹。

在过去的20年里,小贴士:蓝宝石飞秒激光器不断刷新脉冲宽度和能量记录,从染料激光器到克尔透镜锁模,再到二极管泵浦全固态飞秒激光器和飞秒光纤激光器,但最大的进展是很容易获得超飞秒脉冲。桑迪亚国家实验室R.特雷比诺表示,(超快)技术在过去10年中得到了显著改进。钛蓝宝石激光器和目前的光纤激光器使这种(飞秒)激光器操作简单稳定。现在人们可以买到这种激光器,但你必须在10年前自己做。例如,著名的飞秒激光系统制造商Clark-MXR将所有组件集成到一个盒子中,产生高功率飞秒脉冲,以混合光纤飞秒激光为种子源,形成了世界上独特、超稳定、超紧凑的注册会计师2000系列。这样的商业专家不需要飞秒专家来操作。

应用研究可分为超快速瞬态现象研究和超强现象研究。随着激光脉冲宽度的缩短和脉冲能量的增加,它们得到了深化和发展。

飞秒脉冲激光最直接的应用是将其作为光源,形成各种时间分辨率光谱和泵/检测技术。其发展直接推动物理、化学、生物、材料和信息科学研究进入微观超快过程领域,开创了飞秒化学、量子控制化学、半导体相关光谱等新的研究领域。飞秒脉冲激光与纳米显微镜的结合使半导体纳米结构(量子线、量子点和纳米晶体)的载流子动力学研究成为可能。在生物学中,飞秒激光技术提供的差异用于吸收光谱、泵/检测技术、能量转移和电荷分离过程。超短脉冲激光也用于信息传输、处理和存储。

第一台台式太瓦激光器的成功运行始于1988年,标志着实验室对飞秒超高强度光的物理研究的开始。在这一领域的研究中,由于超短激光场的作用相当于或大大超过了原子中电子的约束场,因此无法建立微干扰理论,需要开发新的理论处理方法。在1020W/cm2的光强下,可以实现对模拟天体物理现象的研究。1019-1021W/cm2超高强度激光热离子(200keV飞秒激光)的另一个重要应用是微加工。一般来说,根据激光脉冲标准,用于加工材料的长脉冲的激光持续时间超过10皮秒(相当于导热时间)。由于热效应,周围材料发生变化,影响加工精度。飞秒激光脉冲的脉冲宽度只有几千兆分之一秒,具有独特的材料加工特性。例如,金属、半导体、透明材料甚至生物组织导体、透明材料甚至生物组织进行微加工和雕刻,加工区域可小于焦点尺寸,打破衍射极限。一些汽车制造商和重型设备加工厂正在研究更好的发动机喷嘴,使用超短脉冲激光可以在金属中产生数百纳米宽的孔。IBMHite最近在奥兰多举行的美国光学会议上表示,IBM在光刻过程中使用了大型集成电路芯片。开发了飞秒激光系统。飞秒激光切割几乎没有热传导。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员发现,这种激光束可以安全地切割强炸药。激光切割可作为冷处理工具,拆除退役火箭、飞秒激光炮弹等重要武器。生物医学专家将其作为视力矫正手术的超精密手术刀,不仅可以减少组织损伤,而且不会留下任何手术后遗症,甚至可以用于精密手术或单细胞基因治疗。目前,人们仍在研究如何使用飞秒激光进行牙科治疗。一些科学家发现,使用超短脉冲激光器可以在不影响周围材料的情况下去除少量光线。牙齿。Clark-MXR公司最近推出的UMW系列超快激光微加工工作台代表了该领域最前沿的商用飞秒激光微加工系统,包括超短脉冲激光微加工所需的所有设备和配件,微加工任何材料,产生亚微米精细结构,结果非常准确,可重复。

我们相信,随着超短脉冲激光技术的进一步发展和高可靠性商用飞秒激光的进一步发展,飞秒激光将在更多领域得到更广泛的应用。


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