当前位置:

OFweek激光网

激光器

正文

飞秒光纤激光器为材料研究与加工提供新途径

导读: 光纤激光器使用稀土掺杂光纤作为激活介质,用激光二极管作泵浦源,本身固有一些关键优势,使它们在通过锁模产生超短脉冲方面颇具吸引力。

  OFweek激光网讯:光纤激光器使用稀土掺杂光纤作为激活介质,用激光二极管作泵浦源,本身固有一些关键优势,使它们在通过锁模产生超短脉冲方面颇具吸引力。掺杂光纤的高增益带宽和效率,允许制造相对便宜、紧凑、坚固的光纤激光器系统,这些系统提供适合广泛应用的光纤耦合输出光束。

  飞秒架构

  光纤提供较高的表面积-体积比,从而可实现有效的冷却,并且可以根据特定性能参数进行定制。光纤激光器最初仅限于连续波(CW)、低功率、单模运行;经过了三十多年的发展,现在光纤激光器已经能够实现单模和多模运行,波长范围覆盖紫外(UV)到远红外(far-IR)波段,并且能提供非常高的功率水平、可变的重复频率,以及(也许的最显著的)毫秒到飞秒级的脉宽。

  不同于传统的自由空间激光器,光纤激光器采用光纤和光纤布拉格光栅(FBG),后者取代了常规的介质反射镜,用于光学反馈。大多数高功率光纤激光器采用双包层光纤架构,其中增益介质在光纤的纤芯,由两层包层包围。来自激光二极管或另一个光纤激光器的多模泵浦光束,在内包层中传播并受到外包层的约束,激发激活介质,并产生在光纤纤芯中传播的激射模式。

  为了产生超快激光脉冲,需要采用主动或被动锁模技术。今天用于被动锁模的一些技术,包括非线性偏振旋转和饱和吸收技术,而电光或声光调制器用于主动锁模。

  在半导体可饱和吸收镜(SESAM)中,半导体量子阱生长在半导体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波长处的飞秒光纤激光器。通过采用石墨烯可饱和吸收体的掺铒(Er)光纤激光器,已经展示了自启动锁模和稳定的孤子脉冲产生。这些只是商业激光器制造商正在采用的几种飞秒光纤激光器架构,以满足各种科学和工业应用。

  非线性锁模

  对于可重复的长期稳定运行,德国Menlo Systems公司的“figure 9”技术采用行之有效的非线性光学环镜(NOLM)锁模机制。振荡器和放大器均只使用保偏光纤组件,实现高稳定性和低噪声,运行免维护。

  Menlo的掺铒光纤激光器在中心波长1560nm和780nm处具有宽带增益,提供标准和高功率型号,在50~250MHz的重复频率范围内,具有<90fs的脉宽。Menlo的掺镱(Yb)Orange飞秒光纤激光器,工作在1040nm和520nm波长处,平均功率>10W,并提供<150fs的脉宽。作为一家光学频率梳开发商,Menlo的所有激光器系统均能够以高精度同步。这些系统广泛用于光谱学、显微、计量、引力观测和材料加工领域。

  BlueCut包含一个振荡器、一个配备脉冲拾取单元的放大器,以及用于高能量短脉冲的压缩器,是Menlo的工业级微焦耳光纤激光器系统。基于全光纤集成技术,该系统坚固、稳定,可用于微加工应用(见图1)。

  图1:采用Menlo Systems公司的BlueCut微焦飞秒光纤激光器,切割的骨骼样品的剖面图(a),在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)内制备的人工晶状体(b),以及微波应用的金螺旋(c)。

  光纤CPA

  基于其光纤啁啾脉冲放大(FCPA)技术,美国IMRA America公司的FCPA μJewel系列,由具有足够脉冲能量的掺镱光纤激光器组成,甚至在1045nm波长处(见图2)。FCPA架构允许用户在两种模式下进行选择:100kHz或200kHz的重复频率、高达50μJ的高能量模式;以及1MHz下10W和20W的高平均功率模式。该选择允许用户根据应用需求,以更快的速率进行材料加工。

  图2:IMRA光纤啁啾脉冲放大(FCPA)技术的基本架构,在FCPA μJewel DE1050上部署,能够提供高达50μJ的脉冲能量。

  IMRA的拉曼频移技术,让掺铒拉曼频移飞秒光纤激光器在810nm波长处,产生了干净的脉冲形状和光谱,从而使Femtolite光纤激光器能够替代钛蓝宝石(Ti:sapphire)激光器——这类激光器一直是临床和工业飞秒应用中的主力军。在810nm和1620nm波长处,Femtolite的功率范围覆盖150~200mW,这在太赫兹波产生和探测、多光子荧光显微镜,以及二次谐波成像中非常有用。

  此外,飞秒脉冲可通过光纤传送到最终用户设备中。Femtolite FD系列提供光纤耦合输出,重复频率50MHz,平均输出功率高达1W。这种水平的脉冲能量,对于需要将飞秒脉冲光源灵活地集成到设备中的许多非线性成像或计量应用而言,已经足够用了。

  同样地,光纤激光器啁啾脉冲放大器(FLCPA),也是美国Calmar Laser公司Cazadero高能量(高达30μJ)超快激光器的基础,该激光器在1μm或1.5μm波长处产生超快脉冲(<0.5ps),重复频率数百千赫兹。这些超快激光器产品可以输出绿光(515nm)和紫外光(343nm),并能与该公司的Bodega OPA耦合,进而能在整个近红外(near-IR)区域提供较宽的波长范围。

1  2  3  下一页>  
责任编辑:TD
免责声明: 本文仅代表作者个人观点,与 OFweek激光网 无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实, 对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅 作参考,并请自行核实相关内容。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

  • 激光工程
  • 研发工程
  • 光学工程
  • 猎头职位
更多
文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: