飛秒激光器(Femtosecond Lasers)是可以發(fā)射脈沖寬度小于1ps的激光器,也就是說脈沖寬度在飛秒時間域內(nèi)(1 fs = 10?15?s)強大的功能。飛秒激光器常用被動鎖模技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛秒脈沖實際需求,將可飽和吸收體放在激光諧振腔內(nèi),當(dāng)其上能級壽命小于光脈沖在腔內(nèi)往返一次的時間2L/c時優勢,則可得到一系列鎖模脈沖善謀新篇。
飛秒激光器的主要類型
固體飛秒激光器
被動鎖模固體飛秒激光器能發(fā)出高質(zhì)量的超短飛秒脈沖激光,典型的脈沖寬度從10 fs至幾百fs便利性。各種二極管抽運(yùn)激光器方法,如基于摻釹或摻鐿的增益媒介,在這種體系中提供有力支撐,典型的平均輸出功率在100 mW和10w之間穩中求進。應(yīng)用先進(jìn)的色散補(bǔ)償?shù)拟佀{(lán)寶石激光器甚至可適用于持續(xù)時間小于10 fs的脈沖,極限情況下可以達(dá)到約5 fs最深厚的底氣。飛秒振蕩器脈沖重復(fù)頻率在大多數(shù)情況下為50 MHz到500 MHz,飛秒放大器可實(shí)現(xiàn)mJ至J的單脈沖能量輸出振奮起來,重復(fù)頻率通常在1MHz以下品質。
飛秒光纖激光器
大多數(shù)情況下飛秒光纖激光器也采用被動鎖模機(jī)制,提供的典型脈沖持續(xù)時間在30到500 fs深入各系統,重復(fù)頻率20MHz到GHz解決問題。飛秒光纖激光器平均功率通常不高,從mW至5W不等作用,但是可通過與光纖放大器結(jié)合相互配合,可擁有更高的平均功率和脈沖能量慢體驗。目前飛秒光纖激光器技術(shù)日趨成熟,在很多科研和工業(yè)應(yīng)用中正逐步取代固體飛秒激光器智能化。
染料激光器
鈦藍(lán)寶石激光器出現(xiàn)之前科技實力,超短脈沖產(chǎn)生領(lǐng)域由染料激光器主導(dǎo)。染料激光器的增益帶寬允許脈沖持續(xù)時間為10 fs級別建設,不同的激光染料適用于各種發(fā)射波長重要的,且常在可見光譜的范圍內(nèi)。由于染料激光器一些處理中的缺點(diǎn)姿勢,飛秒染料激光器不再經(jīng)常使用相互融合。
半導(dǎo)體飛秒激光器
一些鎖模二極管激光器可以產(chǎn)生飛秒級別的脈沖。在激光器的直接輸出端綠色化,脈沖持續(xù)時間通常至少幾百飛秒不同需求,但利用外部脈沖壓縮,可以獲得脈寬更短的脈沖保持穩定。 被動鎖模的垂直外腔面發(fā)射激光器(VECSELs)也是可能實(shí)現(xiàn)的總之;這種類型的激光器受關(guān)注,主要是因為它可以提供一種結(jié)合的特點(diǎn)不斷進步,短脈沖持續(xù)時間工藝技術,脈沖重復(fù)率高,時而有很高的平均輸出功率規模,但是它不適合于很高的脈沖能量近年來。
飛秒激光器典型應(yīng)用:
太赫茲:
太赫茲介于遠(yuǎn)紅外和微波之間,通常把 0.1-10THz 頻段被稱為太赫茲波段發展目標奮鬥。飛秒激光作為產(chǎn)生太赫茲的工具之一技術先進,可激發(fā)光電導(dǎo)天線PCA、非線性晶體(ZnTe延伸、LiNbO3認為、DAST 等)產(chǎn)生短脈沖寬光譜太赫茲輻射。目前常見的太赫茲時域光譜系統(tǒng)新趨勢、太赫茲近場掃描成像系統(tǒng)等均配備800nm或1.5um飛秒激光器反應能力。
太赫茲近場掃描成像原理圖
超快光譜:
時間分辨光譜學(xué)是應(yīng)用非常成功或者是應(yīng)用較廣泛的飛秒激光技術(shù)。物質(zhì)是由分子和原子組成的學習,但是它們不是靜止的結構重塑,都在快速地運(yùn)動著,這是微觀物質(zhì)的一個非常重要的基本屬性應用優勢。飛秒激光的出現(xiàn)使人類次在原子和電子的層面上觀察到這一超快運(yùn)動過程高質量發展。它主要是把超短脈沖作為一種拍攝超快物理過程的瞬態(tài)攝影設(shè)備,就好像幾十年前用于拍攝穿越蘋果和牛奶滴落的閃光高速攝影像機(jī)(微秒量級)一樣高效節能。
高速電子測試:
高速電子設(shè)備開發(fā)過程中測試是非常重要一環(huán)影響力範圍,而測試設(shè)備往往比被測試的設(shè)備速度還慢大局。現(xiàn)在較快的電子設(shè)備達(dá)到了ps范圍,那么飛秒激光可以很容易的產(chǎn)生亞ps的電子脈沖對高速電子設(shè)備進(jìn)行測試不合理波動。
激光-等離子體相互作用:
用光強(qiáng)大于1013W/cm2的激光照射固體材料時宣講手段,可以將原子中的電子電離出來,形成激光誘導(dǎo)等離子體前沿技術。在100fs的時間尺度上基礎,等離子體中的自由電子來不及逃逸,可以研究溫度高達(dá)百萬度的密度與固體相近的等離子體
飛秒激光等離子體絲 LIBS 實(shí)驗裝置圖
短波長輻射產(chǎn)生:
高強(qiáng)度可見光波段超短脈沖激光可以通過更高階次非線性諧波產(chǎn)生過程或泵浦x射線激光器來產(chǎn)生真空紫外和x射線波段的相干短波輻射多種方式。例如相干短波輻射可用來研究DNA的微觀結(jié)構(gòu)
光通信:
低傳輸損耗光纖具有可和100fs脈沖相比的帶寬對外開放,因此超短脈沖技術(shù)在光通信中將扮演重要角色。目前亞皮秒脈沖已經(jīng)被應(yīng)用在傳輸速率達(dá)到Tbits/s的實(shí)驗室設(shè)備中深入交流研討。在這方面資料,超短脈沖技術(shù)不僅僅在超短脈沖的產(chǎn)生方面重要,在信號處理關註度、數(shù)據(jù)檢測橫向協同、用于辨別和優(yōu)化超短脈沖傳輸?shù)南冗M(jìn)測量學(xué)方面也同樣重要。另外敢於挑戰,對于WDM系統(tǒng)不斷創新,超短脈沖具有極寬的帶寬,因此能提供更多的信道提供了遵循。
生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用:
飛秒激光在生物醫(yī)學(xué)成像方面有大量的應(yīng)用參與水平,例如在散射介質(zhì)中光學(xué)成像以及獲得高分辨率的深度信息全面協議,例如OCT大數據。在共焦顯微成像系統(tǒng),基于雙光子激發(fā)提高空間分辨率已經(jīng)被演示支撐作用。超短激光脈沖具有高峰值功率統籌發展,低激光能量的特點(diǎn)使其在激光*中具有重要作用深化涉外,可以避免熱效應(yīng)導(dǎo)致的敏感組織的附帶損傷。
植物根莖雙光子顯微成像
材料微加工:
高功率激光已經(jīng)被用在很多工業(yè)領(lǐng)域生產製造,例如切割和打孔開展試點。對于連續(xù)激光和長脈沖激光,切割的尺寸限制和加工質(zhì)量被激光焦點(diǎn)對周圍物質(zhì)的熱擴(kuò)散所限制共同。利用飛秒激光推進一步,可以使用低能量、高峰值功率的激光進(jìn)行材料處理強大的功能,能夠產(chǎn)生新的物理機(jī)制,減少材料的熱堆積機構,提高切割和打孔質(zhì)量的特性。
激光控制化學(xué):
通過對飛秒激光的波前進(jìn)行特殊設(shè)計來影響光致光學(xué)反應(yīng)過程交流,利用時間分辨光譜觀察化學(xué)反應(yīng)過程,更進(jìn)一步的發(fā)展是控制化學(xué)反應(yīng)過程提供堅實支撐。由于化學(xué)反應(yīng)過程在幾十到幾百飛秒時間內(nèi)還不大,所以飛秒激光脈沖是非常合適的工具
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