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激光技术日新月异 推动产业快速发展

  激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明。

  1960年,美国加州Hughes 实验室的Theodore Maiman实现了第一束激光。仅仅过了一年,激光就首次在外科手术中用于杀灭视网膜肿瘤。1962年,半导体二极管激光器发明,这是今天小型商用激光器的支柱。1965年,第一台可产生大功率激光的器件--二氧化碳激光器诞生。 1967年,第一台X射线激光器研制成功。1969年,激光用于遥感勘测,激光被射向阿波罗11号放在月球表面的反射器,测得的地月距离误差在几米范围内。1971年,激光进入艺术世界,用于舞台光影效果,以及激光全息摄像。英国籍匈牙利裔物理学家Dennis Gabor凭借对全息摄像的研究获得诺贝尔奖。

1960年梅曼研制成功世界上第一台可实际应用的红宝石激光器

  由此可见,从激光一出生开始,激光技术及激光应用的即被不断地开拓,发展速度之快,令人咋舌。到目前为止,激光仍然是研究领域的大热门,以激光作为核心衍生出很多研究方向。不仅如此,激光还作为一种工具加速了其他高精领域的进展,下面OFweek激光网小编就来盘点近期和激光相关的科研进展。

  上光所薄膜损伤机制研究获进展   高输出激光更近一步

  高功率激光系统的输出水平与薄膜元件的抗激光损伤能力密切相关。随着镀膜工艺的进步,起源于膜层中的缺陷在很大程度上得到了有效抑制。起源于基底的缺陷在薄膜元件激光诱导损伤过程中所起的作用日益突出,已成为制约Nd:YAG激光基频波长薄膜元件损伤阈值提升的关键因素。

  上海光机所中科院强激光材料重点实验室借助飞秒激光微加工平台在石英基底上制作了特定大小的坑点缺陷(长度:~7um,宽度:~3um,深度:~1um)。对沉积在有飞秒激光加工坑点和常规基底上的减反射膜和高反射膜的激光诱导损伤行为进行了研究与对比分析。

  研究结果表明,对于减反射膜而言,吸收性杂质缺陷在激光诱导损伤机制中扮演着极为重要的角色。基底表面/亚表面的吸收性杂质缺陷在薄膜制备过程中向基底表面迁移并聚集成更大尺寸的杂质颗粒,进而与膜层发生耦合,诱导减反射膜元件在能流密度远低于膜层本征激光损伤阈值的激光辐照下发生损伤。通过相应的技术手段(降低镀膜温度、镀膜前基底酸洗等)可以有效抑制基底缺陷与膜层的耦合,从而提升减反射膜的抗激光损伤能力。

  大连物化所获世界最大晶体   激光材料增加重量级兄弟

  近日,中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室太阳能研究部硅基太阳能电池研究组(DNL1606)刘生忠研究员带领其团队利用升温析晶法,首次制备出了超大尺寸单晶钙钛矿CH3NH3PbI3晶体,尺寸超过2英寸(大于71 mm),这是世界上首次报导尺寸超过0.5英寸的钙钛矿单晶。

  具有钙钛矿晶体结构的甲氨基卤化铅材料,由于具有很高的光吸收系数、很长的载流子传输距离、极少的缺陷态密度等优异性质,成为优异的光伏材料、激光材料和发光材料。

  C波段射频加速达50MV/m    自由电子激光迎来大进展

  中国科学院上海应用物理研究所联合中国电子科技集团第十二研究所(中电十二所)和上海三浩真空技术有限公司(三浩真空),经过长期的理论研究和技术攻关,成功研发了高梯度C波段射频加速技术单元,在SDUV-FEL加速器平台上进行了该技术单元试验研究,获得了50MV/m的带束加速梯度,实验结果表明该技术研究取得重大进展。

  C波段射频加速技术是国际上新发展起来的高梯度加速技术,在自由电子激光和医用及工业应用加速器上有重要应用。2011年日本建成了8GeV的C波段直线加速器,带束加速梯度为35MV/m;瑞士和意大利也紧随其后研制了自己的C波段加速结构,并正在建设用于自由电子激光和康普顿背散射光源的C波段加速器,在可查文献记录中,他们的高功率试验加速梯度最高达到55MV/m,带束加速梯度最高达到45MV/m。此次突破达到了世界最领先。

  单块非线性晶体高次谐波进展   激光窗口将更大

  自激光产生以来,人们已经利用非线性光学晶体材料中的各种非线性光学效应(倍频、和频、差频等)成功的将激光的窗口扩大到深紫外、可见、红外、太赫兹等范围,并实现了宽带相干光源和超快脉冲激光。

啁啾结构非线性光子晶体中产生的高次谐波

  课题组用中红外飞秒脉冲激光器进行实验,当中红外的飞秒激光(脉冲宽度115 fs, 平均功率20 mW, 带宽3400-3800 nm, 重复频率1 kHz,峰值功率0.17 GW)进入啁啾结构的样品后,在输出端看到了一个非常亮的白光光斑,用光栅对输出光进行分光得到了0阶和-1阶的衍射光斑(图3),充分反映了从啁啾结构样品输出的光具有超连续宽带的可见光分布。经仔细的分析和计算,得到晶体内部的转换效率约为18%(可见光波段400-800 nm),远高于用强激光轰击原子气体和等离子体获得高次谐波的转换效率。其中,各阶谐波的转换效率分别为:四次谐波(850-950 nm)~0.7%, 五次谐波(660-850 nm)~4.5%,六次谐波(560-660 nm)~7.2%,七次谐波(485-560 nm)~5.1%,八次谐波(350-485 nm)~1.2%。实验结果表明,经过特殊的设计,高阶谐波的转换效率可远高于低阶谐波。

  光子暗化现象研究进展   光纤激光器可更稳定耐用

  武汉光电国家实验室光纤激光技术团队(FLTG)的李进延研究小组率先发现793 nm波长对掺镱光纤中光子暗化现象的有效漂白作用。该波长的LD相比于其他漂白波长LD,输出功率高达百瓦量级,成本低廉且尾纤尺寸多样,是消除高功率双包层掺镱光纤激光器中光子暗化现象的极有效途径。实验表明,超过68%的光子暗化附加损耗可被793 nm漂白,且该漂白作用具有可重复性;通过采用915 nm和793 nm LD同时泵浦掺镱光纤,80%的附加损耗可被抑制。以上均证明793 nm LD在掺镱光纤的功率稳定剂性能恢复方面发挥巨大作用。

  在掺铥光纤辐照加固研究方面,该研究小组研究了多剂量辐照下掺铥光纤的泵浦漂白特性。在伽玛辐射场对芯包比为10/130 mm的双包层掺铥光纤进行辐照,总剂量为50-675 Gy,辐照率为250 Gy/h。辐照后,掺铥光纤的斜率效率下降,且下降的幅度与剂量大小成正相关。经过泵浦源若干小时的持续泵浦,效率有着明显的回升,回升幅度与剂量成正相关。同时,光纤在可见光和红外光的吸收进行辐照后明显增加,增加量与剂量成正相关,在经过泵浦漂白后吸收系数恢复。此研究为辐照环境中对掺铥光纤进行辐照加固提供很好的参考。

光子暗化现象测试

  激光技术日新月异,发展迅猛,同时也推动着以激光技术为核心的激光产业的快速发展。未来,激光技术还将有更大的进步。

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