超快激光領(lǐng)域中國尚未完全掌握的核心元器件清單
超快激光技術(shù)建立在其他類型激光基礎(chǔ)之上，以一個(gè)復(fù)雜的啁啾脈沖放大系統(tǒng)為例，其融合了鎖模技術(shù)、色散控制（時(shí)間整形）技術(shù)、熱管理技術(shù)、激光脈沖放大技術(shù)、脈沖凈化技術(shù)以及時(shí)空質(zhì)量控制和診斷技術(shù)等。因此，所需要的器件多種多樣，需整合很豐富的供應(yīng)鏈條。目前無論從器件層面還是系統(tǒng)層面，甚至主流廠商，都是西方位處領(lǐng)先。僅以代表科研應(yīng)用的鈦寶石拍瓦系統(tǒng)和代表工業(yè)應(yīng)用的光纖和薄片超快激光系統(tǒng)為例，列一份核心“趕超清單?！?/span>
1.啁啾鏡（Chirp Mirror）
圖1 啁啾鏡原理示意圖
在上期的公號(hào)文章中也已提過，啁啾鏡是鈦寶石寬譜振蕩器的核心元件，而鈦寶石振蕩器又是超強(qiáng)激光的起點(diǎn)和時(shí)間中樞，優(yōu)質(zhì)啁啾鏡保證了振蕩器鎖模穩(wěn)定性和脈沖的時(shí)間質(zhì)量。目前最優(yōu)質(zhì)的啁啾鏡制作工藝還掌握在德國某些研究所和公司手中，以Layertec和Ultrafast Innovations 為代表，國內(nèi)雖然也有幾所研究院所在開發(fā)研制，但目前還尚未聽聞成熟的商業(yè)產(chǎn)品。
2. 反射和透射光柵
圖2 脈沖壓縮器用的大口徑鍍金反射光柵
光柵是超快激光的核心器件，用于脈沖展寬器和壓縮器。目前，無論是毫米量級(jí)小尺寸光柵還是幾米量級(jí)的大尺寸光柵，在國內(nèi)均很難找到優(yōu)質(zhì)的供貨商，其核心技術(shù)仍被法國、日本、瑞典和美國所掌握，典型的代表為J-Y, Horiba, Spectrogon, Ibsen, Lightsmyth和美國Polymouth和LLNL。
3. 大尺寸高質(zhì)量鈦寶石晶體
圖3 拍瓦激光器中的大口徑鈦寶石晶體
鈦寶石晶體是超快領(lǐng)域的一朵奇葩，其光譜帶寬、熱性能和機(jī)械性能遙遙領(lǐng)先于其他晶體，其地位在sub-20fs超快振蕩器和sub-100fs量級(jí)超快放大器中無可替代。欣慰的是上海光機(jī)所已取得一些關(guān)鍵技術(shù)的突破，有望不久將來進(jìn)一步產(chǎn)品商業(yè)化，但整體而言，美國的GTAT還是壟斷著全球的鈦寶石晶體市場(chǎng)。
4. 可飽和半導(dǎo)體吸收鏡-SESAM
圖4 用于鎖模激光器的SESAM
SESAM和啁啾鏡一樣也是鎖模激光器核心，其主要用于皮秒激光器的鎖模。目前皮秒激光行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)已漸入白熱化，其振蕩器中使用的鎖模元件大部分應(yīng)該是SESAM。目前SESAM的核心技術(shù)掌握在德國手中，以德國BATOP公司為典型代表，相信瑞士U Keller及徒子徒孫們應(yīng)該也掌握核心技術(shù)，畢竟他們是SESAM鎖模激光的鼻祖。
5. 薄片激光模塊
圖5 薄片模塊示意圖
薄片和光纖是工業(yè)激光器的典型技術(shù)方案，薄片激光由于其極佳的導(dǎo)熱性能，是高重復(fù)頻率工業(yè)激光的首選之一。目前德國的通快完全掌握這一技術(shù)，其薄片激光器已經(jīng)占據(jù)了加工市場(chǎng)的大半江山，德國的斯圖加特激光中心和其他極個(gè)別的德國公司也可以生產(chǎn)這種模塊，但質(zhì)量和市場(chǎng)占有率不敵通快。而國內(nèi)相關(guān)公司尚未具備薄片激光技術(shù)能力。
6. 脈沖整形器
圖6 基于聲光和液晶空間調(diào)制的脈沖整形器
利用超快激光的寬譜特性，對(duì)其進(jìn)行光譜整形，從而到達(dá)控制脈沖質(zhì)量和形狀的目的，目前主流的技術(shù)是聲光調(diào)制和傅里葉平面液晶空間光調(diào)制，這兩種技術(shù)被法國的Fastlite、美國的BioPhotonics公司，F(xiàn)inisar公司所掌握。國內(nèi)應(yīng)該有研究所可以做試驗(yàn)性儀器，但市場(chǎng)仍未可見任何產(chǎn)品。
7. 啁啾光纖布拉格光柵(CFBG)和體布拉格光柵(VBG)
圖7 CFBG和VBG原理示意圖
Yb光纖激光器和固體激光放大系統(tǒng)中，CFBG 和VBG被廣泛的應(yīng)用于色散控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脈沖的展寬和壓縮。這兩種器件的市場(chǎng)目前被歐美的公司所占領(lǐng)，代表公司為加拿大的Teraxion和剛剛被IPG收購的美國佛羅里達(dá)公司Optigrate。
8. 普克爾盒和聲光調(diào)制器
圖8 聲光和電光選擇器示意圖
這兩個(gè)器件主要用于放大系統(tǒng)中脈沖的選擇，普克爾盒用于再生放大器中脈沖的導(dǎo)入和導(dǎo)出，目前在國內(nèi)尋找可用于超快激光器中的國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品牌十分困難，仍是歐美廠家牢牢控制著市場(chǎng)占有率。
9. 超快激光技術(shù)人才
圖9 正在調(diào)試鈦寶石激光器的專業(yè)技術(shù)人員
題外話小言，科技是第一生產(chǎn)力，因此人才尤貴。但近幾年，超快激光技術(shù)就人力未并呈現(xiàn)增長趨勢(shì)，國內(nèi)培養(yǎng)超快激光人才的主流院所亦不能保證大多數(shù)繼續(xù)從事超快激光技術(shù)的開發(fā)，很多甚至試水跨領(lǐng)域，造成了此領(lǐng)域人才的極度缺乏。再次呼吁，愿更多少年加入此領(lǐng)域，或提供服務(wù)，或提供技術(shù)，或從事科研，助力超快激光行業(yè)！
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