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薄片激光器首次发出高能量飞秒脉冲 无须外部放大

2008-06-17 18:18
水墨黯月
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    在没有外部放大器帮助的情况下,薄片(thin-disk)激光器第一次实现了超过10µJ的脉冲发射。

   瑞士苏黎世理工学院Ursula Keller领导的科研小组日前制造出世界上第一台可以发射能量大于10 µJ飞秒脉冲的Yb:YAG薄片激光器。该团队认为这项设计可以产生高功率超短脉冲的紧凑光源,来应用到诸如高分辨率成像、精细加工和纳米加工等领域。
    “我们的目标是增加飞秒激光振荡器的脉冲能量,”研究人员Thomas Südmeyer表示,“因此,很多先前依靠复杂、昂贵放大器系统的实验和工艺有望能用上价格低廉且简单的二极管泵浦固体激光器。
    产生高能量的飞秒脉冲是对很多科学研究和工艺的强大挑战。通常的做法是用一个激光放大器,但是重复率总是被限制在千赫兹的水平上, 这最终会影响信噪比,同时也限制了材料加工的精度和产能。
    其他技术能够提供兆赫兹重复率的微焦耳脉冲,但是需要复杂的放大器系统配合才行。相比之下,由Südmeyer和他的同事们开发的新激光器,能够直接用一个高功率振荡器来产生飞秒脉冲,免去了外部放大的繁琐步骤和需求。
    这种激光器以4 MHz的重复率产生45W的平均功率。可产生一个脉冲持续时间为800fs的11.3 µJ脉冲,峰值功率能达到12.5MW。
   据Südmeyer 说,最近的成果是几年来对薄片激光器研究的结晶, 它使得用高光束质量来获得高平均功率成为可能。这个瑞士科研小组使用一个多光程谐振腔来把共振器的长度增加到37米, 同时使用一个半导体可饱和吸收镜(SESAM),用被动锁模来产生稳定的飞秒脉冲。
    到目前为止,从这套装置中,产生的脉冲能量仅限于几微焦耳。“ 最初,过多非线性限制我们增大脉冲能量, 我们当时浑然不知。”Südmeyer说,“后来我们发现激光腔内空气的非线性是导致额外不稳定性的原因。”
    Südmeyer,说:“我们的对策是用氦气充满激光腔,跟水相比,氦的非线性可以忽略不计。我们把重复率降低到4 MHz以便产生大于10 µJ的脉冲能量。
    科研人员计划把平均功率增加到大于500 W、脉冲能量接近100 µJ。“我们还与汉堡的一个大学的Huber教授合作,寻找新的薄片材料,薄片材料可以帮助我们减少脉冲宽度。”(饶初红编译)

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