超短脈沖激光器的基礎(chǔ)知識(shí)

更新時(shí)間：2025-12-24

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什么是超短脈沖激光器？

超短脈沖激光器指的是單脈沖寬度（時(shí)間范圍）從幾皮秒到幾飛秒的激光器。皮秒是一個(gè)時(shí)間單位，大約是1萬億分之一秒。另一方面，飛秒也是時(shí)間單位之一，約為萬億分之一秒的千分之一。

據(jù)說光的速度約為每秒30萬公里。然而，光在1皮秒內(nèi)傳播的距離約為0.3毫米，光在1飛秒內(nèi)的距離約為0.3微米。

這表明超短脈沖激光器的時(shí)間跨度非常短。脈沖是指在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生顯著變化的信號(hào)。

超短脈沖激光器由于脈沖極短，對(duì)激光處理區(qū)周圍區(qū)域幾乎沒有熱效應(yīng)。此外，它還能在多種材料上進(jìn)行高質(zhì)量激光加工。

超短脈沖激光器具有高峰值強(qiáng)度，由于多光子電離引起的非線性吸收，可以強(qiáng)吸收透明材料，或因強(qiáng)電場(chǎng)導(dǎo)致隧穿電離。

然后，通過將飛秒激光光聚焦在透明材料內(nèi)部，可以對(duì)材料內(nèi)部進(jìn)行三維處理。

此外，加工材料可以從高硬度鉆石到低硬度玻璃、軟樹脂、復(fù)合材料、石英和陶瓷等多種材料。

超短脈沖激光器產(chǎn)生的熱量非常少，因此不會(huì)產(chǎn)生毛刺，且可以微米單位進(jìn)行調(diào)節(jié)。這允許精細(xì)加工，如鉆孔、修整和微紋理。

此外，飛秒脈沖激光器能比皮秒脈沖激光器執(zhí)行更精確的處理。

然而，納秒脈沖激光器會(huì)引起毛刺，因?yàn)樗鼈儾粌H受熱量影響。

激光振蕩方法主要有兩種類型：連續(xù)振蕩和脈沖振蕩。具有連續(xù)振蕩機(jī)制的激光器稱為CW（連續(xù)波）激光器，激光連續(xù)振蕩。

另一種稱為脈沖激光器，激光器是間歇性振蕩的。

此外，脈沖振蕩還有多種機(jī)制，如直接調(diào)制、外部調(diào)制、Q開關(guān)法和模態(tài)同步法，且每種方式產(chǎn)生的脈沖寬度各不相同。

在超短脈沖激光器中，通常采用模態(tài)同步方法，脈沖寬度處理皮秒和飛秒。由于時(shí)間與頻率之間的傅里葉變換關(guān)系，為了產(chǎn)生超短脈沖，必須保持足夠的光譜擴(kuò)散與其相位之間的恒定關(guān)系。創(chuàng)建該條件的最佳方法是模式同步方法。

模式同步方法通常有兩種類型：強(qiáng)制模式同步和被動(dòng)模式同步（自模式同步）。

強(qiáng)制模式同步
強(qiáng)制模同步是一種通過在激光諧振腔中放置損耗或相位調(diào)制器，并將調(diào)制頻率調(diào)整到縱向模態(tài)間隔來同步模式之間的方法。
被動(dòng)模式同步
被動(dòng)模式同步在諧振腔中放置飽和吸收器，而非調(diào)制器。這會(huì)導(dǎo)致脈沖的頂部被吸收器刮擦。超短脈沖通過激光介質(zhì)的飽和刮擦獲得。

超短脈沖激光器的脈沖寬度小于皮秒，位于飛秒?yún)^(qū)，由于其結(jié)構(gòu)，它們是最昂貴的激光器之一。

振蕩波長范圍從1微米的基本波長到2倍波的綠波和3倍的紫外波。此外，還有適合微加工的產(chǎn)品和用于科學(xué)研究的產(chǎn)品，價(jià)格區(qū)間通常為數(shù)千萬日元。