超快激光器先驱获2013年Arthur L. Schawlow奖

2013-06-14 09:09

　　脉冲压缩技术是克服材料折射率随波长变化引起的色散效应采取的措施．如果啁啾是线性的，则色散容易矫正．然而大部分光学放大器的制作材料会产生高阶效应，当脉冲宽度增加时很难予以控制，需通过脉冲压缩技术解决．脉冲压缩技术具有四种基本方法：第一种是平行光栅对压缩器。它让光束的长波长部分比短波长部分通过更长的光程，这样倒转了材料的色散效应，成为脉冲放大器链的光栅延伸器。这种压缩器在适当的间隔引入了负色散，其结构紧凑，但光损失大(接近50％)，而且会引入高阶色散。第二种是棱镜对压缩器。基本原理与光栅对类似，但是引人的负色散比前述的光栅型的小．假如当两个棱镜之间的问距足够大时，材料的正色散能够通过将一个棱镜移入和移出光路获得平衡。棱镜的顶角切割成中心波长的偏离最小，而入射角呈布儒斯特角，使得线性偏振的菲涅耳(Fresnel)反射损失最小，整个光腔系统几乎没有什么损失。值得指出：光栅对压缩器和棱镜对压缩器引人了符号相反的三阶色散分量，如果两者一起使用可以抵消色散的高阶分量项。第三种是比较现代的双啁啾镜(DcM)压缩器。布拉格镜是由交替的Si02和Ti02涂层构成的，涂层的折射率呈台阶状变化．这样的结构引入了负色散关系．镜的正面好比透射光栅产生部分反射光，而镜的背面产生布拉格反射．为了消除震荡效应，将高折射率层的厚度做成锥形，镜子的正面涂有宽带抗反射层．镜于网止回涨伺觅常玩及射层．压缩器不能对色散进行调节，必须按标准进行制作和精确地剪裁，并需由离子束溅射技术制造，因而价格相当昂贵，使用尚不够广泛．第四种是采用新技术的微机械形变镜压缩器．除了带宽限制脉冲外，有源器件如液晶调制器，声光调制器，机械形变镜(M2)等均能用来产生复杂的波形。

图为脉冲压缩器示意图

　　五、应用领域：

　　1、太阳能电池领域

　　能源问题是21世纪人类社会可持续发展所面临的重大挑战之一，太阳能电池作为一种新能源受到国内外的广泛关注，而太阳能电池的转换效率和成本问题是制约其大规模应用的瓶颈，超快激光的出现为解决这一问题带来了希望。

　1.开槽埋棚

　　超快激光加工能实现一次成型，无需后续处理，可增加3-5%的受光面积；

　　2.激光加工隔离槽

　　通过激光刻槽的方式去除电池边缘多余pn结，以增加填充因子，增加转换效率。超快激光能刻出更窄的沟槽，并避免了绝缘沟槽到电池边缘的微裂纹。

　　3.激光划刻薄膜电池

　　薄膜太阳能电池在制作过程中需要对3种材料层（TCO、半导体和金属）上制造切口实现。超快激光加工无材料选择性，可以对任意膜层进行刻划。

　　4.背接触式太阳能电池穿孔

　　把太阳能电池的棚线转移到电池的背面，采用超快激光技术在棚线位置上制作出导电孔，并且背面电极也可采用超快激光刻槽的方法来隔绝基区电极和发射区电极。