皮秒光纤激光器

皮秒加工

皮秒激光脉冲较短的持续时间是冷加工的一个必要条件,但是光有足够短的脉冲还远远不够。如果热电子因为过高的激光能量密度而被“过度加热”,那么热扩散效应将较为明显,整个加工过程则会转变为热过程。一般来讲,大约1 J/cm2的能量密度,是用皮秒光纤激光器进行消融加工、而不会产生能够测量得到的热效应的最佳能量临界点,即此时具有最佳的低热穿透深度。皮秒脉冲(皮秒光纤激光器)的线性吸收所产生的影响往往被忽视,因为脉冲的峰值功率非常高,以至于贯穿多光子过程的非线性吸收相对于线性吸收来讲占据了主导地位。如果上述情况的脉冲持续时间和能量密度的边界条件都得以满足,那么这种说法往往会产生误导。

具有适当能量密度与波长的皮秒脉冲(皮秒光纤激光器),适合用于那些要求热影响非常小的材料加工应用。此外,对于皮秒脉冲的持续时间而言,产生这些脉冲的技术方法可以大大简化。无需啁啾脉冲放大(CPA)的直接二极管泵浦和放大(功率调整),对于超短脉冲技术在工业市场的成功,是非常必需的。事实上,对于工业微加工领域一种具有成本效益的应用而言,必须将平均输出功率增加到50 W甚至更高。

然而,当放大皮秒脉冲(皮秒光纤激光器)和飞秒脉冲时,高光强会导致非线性效应,如自相位调制或拉曼散射,这需要在超快光纤放大器中增加复杂的啁啾脉冲放大,或将可获得的最大脉冲能量限制在6μJ甚至更低。用碟片激光器技术作为皮秒脉冲的放大器,能够实现高峰值功率(高达100 MW)和低光强,并且不会产生非线性效应。为了实现具有高脉冲能量(高达250 μJ)和高平均功率(高达100 W)的皮秒光纤激光器,需要使用具有以下独特配置的主振功率放大器:一个基于电信组件的被动锁模光纤激光器,作为一个单片集成的、具有成本效益的、可靠的光源,用于低功率和低脉冲能量皮秒脉冲的产生。