自上世紀(jì)60年代鎖模技術(shù)問世以來，更窄更強(qiáng)的激光脈沖是人們不斷追求的目標(biāo)，各種優(yōu)質(zhì)的超快固體增益介質(zhì)也被探索出來。摻鈦藍(lán)寶石（Ti:sapphire）鎖模激光器及其啁啾脈沖放大技術(shù)在很時(shí)間內(nèi)引領(lǐng)了飛秒超快激光的快速發(fā)展與繁榮。時(shí)至今日，若要實(shí)現(xiàn)超高峰值功率（比如PW激光器），鈦寶石激光器仍是一枝獨(dú)秀。

鈦寶石晶體具有優(yōu)良的熱導(dǎo)性、高損傷閾值等特點(diǎn)，其熒光發(fā)射波長覆蓋了600~1100nm的范圍，所以可以獲得<10fs的脈沖寬度，這也是其可支持超高峰值功率（峰值功率=單脈沖能量/脈沖寬度）的根本原因。

鈦寶石因其獨(dú)特優(yōu)勢到目前為止還沒有其它增益介質(zhì)可以完全將其替代，但它也有無法忽視的缺點(diǎn)，從能量轉(zhuǎn)化的角度來看，實(shí)現(xiàn)激光運(yùn)轉(zhuǎn)需要經(jīng)歷十分復(fù)雜過程，如圖1所示，以532nm泵浦的鈦寶石激光為例，需要經(jīng)歷：

· 由電壓/電流驅(qū)動(dòng)閃光燈或半導(dǎo)體激光器，從而產(chǎn)生激發(fā)Nd:YAG晶體的泵浦光；

· Nd:YAG激光器輸出1064nm激光；

· 1064nm激光脈沖倍頻后產(chǎn)生的532nm綠光作為激發(fā)鈦寶石晶體的泵浦光；

· 532nm綠光泵浦鈦寶石晶體輸出寬帶的800nm的激光脈沖。

圖1 鈦寶石激光器能量轉(zhuǎn)換圖

鈦寶石激光器經(jīng)過復(fù)雜的能量虧損和產(chǎn)熱過程，不僅轉(zhuǎn)換效率低，而且無法實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率的輸出，也就無法獲得較高的平均功率，這大大地限制了鈦寶石激光器在更廣領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是無法在工業(yè)場景中大顯身手。

除了鈦寶石，摻雜稀土元素鐿（Ytterbium，符號Yb，原子序數(shù)70）的激光晶體也是飛秒激光器的典型增益介質(zhì)，常見的有Yb:YAG、Yb:fiber、Yb:KGW、Yb:CaF₂以及Yb:Glass等。以應(yīng)用最為廣泛的Yb:YAG為例，它在940nm處有吸收峰，恰好有成熟的半導(dǎo)體激光器與之對應(yīng)，940nm半導(dǎo)體激光器直接泵浦Yb:YAG晶體就可以輸出寬帶的1μm激光，大大地簡化了中間轉(zhuǎn)化過程，如圖2所示，其吸收波長和發(fā)射波長十分接近，斯托克斯損耗小于10%，轉(zhuǎn)換效率非常高，堪稱完美的選擇！雖然摻Y(jié)b介質(zhì)的增益帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)窄于鈦寶石晶體，無法實(shí)現(xiàn)和鈦寶石一樣窄的激光脈沖，但百飛秒量級的脈沖寬度已經(jīng)可以滿足非常豐富的應(yīng)用場景的需求。

 圖2 Yb:YAG激光器能量轉(zhuǎn)換圖

隨著啁啾脈沖放大技術(shù)的成熟、摻Y(jié)b激光增益介質(zhì)生長工藝和高功率半導(dǎo)體激光器的進(jìn)步，近幾年基于摻Y(jié)b介質(zhì)的超快激光器取得了迅猛的發(fā)展，其主要有三種類型：光纖超快激光器、薄片超快激光器和板條超快激光器。

目前市場上已有成熟的低于一百瓦、幾百飛秒的高重頻光纖超快激光器在工業(yè)領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。光纖激光器具有低閾值、高效率、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，但光纖的芯徑僅為微米量級，單臺光纖飛秒激光器只能實(shí)現(xiàn)百微焦量級的脈沖能量，這不能滿足一些特殊應(yīng)用場景對單脈沖能量和平均功率的雙重要求，例如阿秒科學(xué)、太赫茲、非線性光學(xué)、極端材料加工等科研和工業(yè)應(yīng)用，目前最先進(jìn)的光纖相干合成技術(shù)也僅可以實(shí)現(xiàn)毫焦量級的單脈沖能量，而且系統(tǒng)復(fù)雜，尚未大規(guī)模成熟應(yīng)用。

板條激光器和薄片激光器的激光介質(zhì)的通光孔徑不受限制，所以恰好可以突破脈沖能量的局限。下面將主要介紹端面泵浦的板條激光器（InnoSlab），我們會在下一篇文章中重點(diǎn)介紹基于薄片介質(zhì)的超快激光器。

板條激光技術(shù)并不是一種新的技術(shù)，早在20世紀(jì)初科研人員就已經(jīng)成功通過板條技術(shù)獲得了100kW的連續(xù)激光輸出。我們都熟知多模半導(dǎo)體激光器在XY兩個(gè)方向上發(fā)散角區(qū)別很大，它的輸出光束的橫截面是長條形狀的，InnoSlab本身也是條狀，恰好適應(yīng)了半導(dǎo)體激光器的這一特點(diǎn)，因此InnoSlab激光器無需對泵浦光進(jìn)行特別復(fù)雜的整形，如圖3所示，InnoSlab端面泵浦結(jié)構(gòu)非常簡單。

圖3 InnoSlab的泵浦結(jié)構(gòu)

在Innoslab晶體中，溫度梯度發(fā)生在板條厚度方向上，泵浦光在厚度方向上被充分吸收，發(fā)熱源與散熱源的溫度極為接近，可基本避免熱透鏡效應(yīng)和熱光畸變效應(yīng)，大幅度提高了激光輸出功率。

作為Innoslab超快激光器著名制造商之一的德國AMPHOS，成立于2010年，是夫瑯和費(fèi)技術(shù)研究院和德國亞琛工業(yè)大學(xué)孵化的公司，現(xiàn)擁有員工50余人，總部位于Herzogenrath科技園區(qū)，占地面積1200m²。2018年1月，AMPHOS公司被TRUMPF集團(tuán)收購，成為其全資子公司。

AMPHOS主要致力于InnoSlab放大技術(shù)的超高功率超快激光器研發(fā)，服務(wù)于工業(yè)和科研市場！目前在世界上的各大主要市場都占有重要份額，包括德國、日本、韓國和美國，尤其在加速器領(lǐng)域表現(xiàn)極其優(yōu)異，其獨(dú)特的高重復(fù)頻率和“Burst mode”技術(shù)獨(dú)霸德國DESY和美國SLAC的需求，現(xiàn)最高可獲得2萬瓦的平均功率輸出，其技術(shù)指標(biāo)和實(shí)物圖如圖4所示。

圖4 AMPHOS公司用于加速器領(lǐng)域的Burst Mode超快激光器

對于應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，AMPHOS的技術(shù)路線是將飛秒種子激光注入InnoSlab放大器中，結(jié)合啁啾脈沖放大技術(shù)，最高可輸出1kW（20mJ@50kHz）的脈沖激光，他們設(shè)計(jì)的InnoSlab放大器的結(jié)構(gòu)如圖5所示：

圖5 AMPHOS公司InnoSlab放大器的結(jié)構(gòu)示意圖

目前AMPHOS已擁有四個(gè)系列的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，其主要參數(shù)如表1所示：

表1 AMPHOS公司標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品參數(shù)表

波量科技作為AMPHOS公司在中國、新加坡和馬來西亞地區(qū)的獨(dú)家代理，多年來專注于超快激光的技術(shù)及服務(wù)，未來將攜手國際最頂尖超快激光品牌和最先進(jìn)的激光技術(shù)為工業(yè)和科研客戶提供兼具高平均功率和高峰值功率的超快激光系統(tǒng)，結(jié)合波量科技豐富的自主研發(fā)能力，同時(shí)為客戶提供超快激光產(chǎn)品及應(yīng)用的全面解決方案，熱烈歡迎廣大客戶垂詢！

下期預(yù)告：下期文章將為大家介紹波量科技獨(dú)家代理的薄片超快激光—Trumpf Scientific Lasers，敬請期待！