飛秒激光器是僅以千兆分之一秒左右的超短時間放光的“超短脈沖光”發(fā)生裝置。是一種可以滿足顧客需求的系統(tǒng)，飛秒激光器可工作于十分惡劣的工作環(huán)境。它們不是廉價的解決問題的方案，而是一種有力工具，可以完成其它任何激光技術或一般的工具都不能完成的工作。飛秒激光器還是一種比較昂貴的儀器，因此，在一個系統(tǒng)中使用一個飛秒激光器實現(xiàn)兩種技術是比較明智的擴大投資。同時也發(fā)展一個有力的判斷工具。

飛秒激光器的應用

飛秒激光器是一種脈沖激光器。飛秒是指的脈沖持續(xù)時間。這和脈沖的頻率不是一回。脈沖的頻率是指1s內(nèi)，激光器發(fā)出的脈沖數(shù)目。由于飛秒脈沖的優(yōu)異特性，使飛秒激光器...[查看全部]

飛秒激光器是僅以千兆分之一秒左右的超短時間放光的“超短脈沖光”發(fā)生裝置。是一種可以滿足顧客需求的系統(tǒng)，飛秒激光器可工作于十分惡劣的工作環(huán)境。

飛秒激光器是什么

飛秒激光器是僅以千兆分之一秒左右的超短時間放光的“超短脈沖光”發(fā)生裝置。飛是國際單位制詞頭飛托的縮寫，1飛秒=1×10-15 秒。所謂脈沖光是僅在一瞬間放光。照相機的閃光的發(fā)光時間是1微秒左右(即百萬分之一秒)，所以飛秒的超短脈沖光只有其10億分之一左右的時間放光。眾所周知，光速是以30萬千米每秒(1秒間繞地球7周半)無與倫比快的速度飛馳而過，但是在1飛秒期間連光也只不過前進了0.3微米。

通常，我們用閃光攝影能夠剪下活動物體的瞬間狀態(tài)。同樣如果用飛秒激光器閃光，則連以劇烈速度進行化學反應的過程，都有可能看到其反應的每個片斷。為此，可以使用飛秒激光器來研究化學反應之謎。

現(xiàn)在飛秒激光器還應用于物理、化學、生命科學、醫(yī)學、工程等廣泛領域，特別是光與電子攜手，期待在通信或計算機、能源領域開辟各種新的可能性。這是因為光的強度幾乎可以毫不損耗地從一地到另一地傳輸大量信息，使光通信進一步高速化。在核物理學的領域，飛秒激光器帶來了巨大沖擊。因為脈沖光具有非常強的電場，在1飛秒內(nèi)有可能將電子加速到接近光速，所以，能夠用于加速電子的“加速器”。

飛秒激光器的原理及結構

激光是基于受激發(fā)射放大原理而產(chǎn)生的一種相干光輻射。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，在沒有任何外界作用下，激發(fā)態(tài)原子會自發(fā)輻射而產(chǎn)生光子。而在有外界作用下，則會增加兩種新的形式：受激輻射和受激吸收。激光是通過受激輻射來實現(xiàn)放大的光，而光和原子系統(tǒng)相互作用時，總是同時存在著自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收(在有外界作用下，自發(fā)輻射相對較弱，可以忽略)。

飛秒激光器為了能產(chǎn)生激光，就必須使受激輻射強度超過受激吸收強度，即使高能態(tài)的原子數(shù)多于低能態(tài)的原子數(shù)。這種不同于平

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飛秒激光器具有極短的脈沖寬度、極高的峰值功率和極寬的光譜范圍，在強場激光物理、超快化學動力學、微結構材料科學和生命科學等不同領域有著廣泛應用。

飛秒激光器發(fā)展現(xiàn)狀

飛秒激光器目前主要存在四大類別：

1、由有機染料為介質(zhì)的飛秒染料激光器

不同染料可以輸出不同波長的飛秒激光脈沖，它覆蓋了從紫外到近紅外波段，但最有效的還是集中在紅光波段。隨著固體、半導體、光纖飛秒激光器的崛起，飛秒染料激光器在紅外和紫外波段已經(jīng)失去了競爭能力，但在可見波段，特別是在紅光區(qū)域仍被廣泛的應用在時間分辨光譜，半導體載流子快速弛豫過程和化學反應動力學過程的研究中。

2、以摻鈦藍寶石，Li：SAF，摻鎂橄欖石等固體材料為介質(zhì)的飛秒固體激光器

由于這種固體材料具有比染料更寬的調(diào)諧范圍，更大的飽和增益通量和更長的激光上能級壽命，使其在飛秒激光運轉的許多特性都優(yōu)于染料激光器，加之固體材料具有更穩(wěn)定的光學性質(zhì)和更緊湊的結構，使得飛秒固體激光器在很短的時間里發(fā)展成為飛秒激光器的主體。

3、以多量子阱材料為代表的飛秒半導體激光器

超短脈沖半導體激光器的研究在很長時間里始終沒有跨越皮秒級，直到將多量子阱材料引入到短脈沖半導體激光器中，才使超短脈沖半導體激光器成為飛秒激光器家庭中的重要成員。飛秒半導體激光器主要應用于高比特多路通信，超長距孤子光纖通信等領域。

4、以摻雜稀土元素的SiO2為增益介質(zhì)的飛秒光纖激光器

這種飛秒激光器主要特點是結構緊湊，小巧，高效率，低損耗，負色散和全光學，其波長適用于光通信，特別適用于孤子傳輸?shù)难芯俊?/p>

飛秒激光器的發(fā)展主要有兩個方向：一個是脈沖寬度的進一步壓縮;另一個是增益介質(zhì)的選取。而目前的發(fā)展主要體現(xiàn)在增益介質(zhì)的選取上。

飛秒激光器應用前景

材料加工是飛秒激光器主要而直接的應用，由于飛秒激光具有許多無與倫比的優(yōu)點，使其在測量、微電子、微機電系統(tǒng)、化學、生物、醫(yī)學、軍事

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飛秒激光器是一種脈沖激光器。飛秒是指的脈沖持續(xù)時間。這和脈沖的頻率不是一回。脈沖的頻率是指1s內(nèi)，激光器發(fā)出的脈沖數(shù)目。由于飛秒脈沖的優(yōu)異特性，使飛秒激光器在許多方面得到重要的應用。

飛秒激光器在材料加工中的應用

飛秒激光器以其獨特的超短持續(xù)時間和超強峰值功率開創(chuàng)了材料超精細、低損傷和空間三維加工處理的新領域，而且應用越來越廣泛。

對金屬材料的加工應用：

對一般金屬來說，由于具有很高的熱導性和較高的熔點溫度，在其表面實現(xiàn)高精度和高質(zhì)量的鉆孔和切割有很大的困難。用飛秒激光器切割，切縫的邊緣整齊，金屬表面沒有材料熔化的痕跡。飛秒激光精密成形技術已在汽車發(fā)動機噴油嘴的成形生產(chǎn)中得到了應用，用飛秒激光精密成形微孔技術已替代了原先電火花加工工藝，孔的清潔度得到大大提高。對非金屬材料的加工應用。

對透明材料的加工應用：

在透明材料中的應用主要指制造光纖通信器件。用飛秒激光器可以在工件內(nèi)部進行加工，而且不損傷材料表面，因此可以通過改變晶體的折射率，實現(xiàn)透明晶體內(nèi)部形成光波導或在光纖內(nèi)實現(xiàn)折射，并且可以實現(xiàn)三維激光存儲。此外還可以對光子晶體、藍寶石、金剛石、水晶等進行加工制作。

對半導體材料的加工應用：

傳統(tǒng)的半導體材料加工是采用激光照射，利用材料的應變，并以熱變質(zhì)的方式達到實用化。而采用飛秒激光器加工材料不僅使材料表面幾乎沒有熱變質(zhì)層，而且也避免了由熱變質(zhì)引起的材料損傷，可以實現(xiàn)微米級的加工。

對聚合復合物材料的加工應用：

傳統(tǒng)的激光加工方法依賴于單光子線性吸收機制，加工精度較低，空間加工能力差。而超高峰值強度的飛秒激光器為加工這類材料提供了必要條件。飛秒激光還可用于切割分離一些高爆危險物品，這是因為飛秒激光脈沖作用過程中等離子體的形成和材料的去除均非?？焖?，以至于沒有過多的能量傳遞給剩余材料，沒有任何化學反應痕跡，使得其加工處理過程中的安全性大大增加。

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