超快激光不只是快 - TRUMPF Scientific Lasers公司超高能量超快激光系統(tǒng)
接上文----超快激光不再只是快 - AMPHOS公司超高平均功率超快激光系統(tǒng)
基于摻Y(jié)b介質(zhì)的高重頻超快激光器主要有三種類型：光纖超快激光器、板條超快激光器和薄片超快激光器，上期已經(jīng)以德國AMPHOS公司產(chǎn)品為例，介紹了板條激光器的工作原理和典型特性。本文繼續(xù)為大家介紹高功率、高能量薄片超快激光器。
薄片激光器，又稱碟片或圓盤激光器，顧名思義，其主要特點是增益介質(zhì)為薄片形狀，其厚度一般在100μm-400μm之間，直徑在毫米量級，薄片的正面鍍有對泵浦激光（一般選擇940nm或969nm半導(dǎo)體激光器）和被放大激光（一般為1030nm）的增透膜，背面鍍有對泵浦光和增益激光波長的高反膜，并利用特殊工藝將薄片背面與散熱熱沉緊密粘接，水流可以通過背面的熱沉對薄片高效地散熱，薄片結(jié)構(gòu)的示意圖如圖1所示。
圖1 薄片結(jié)構(gòu)示意圖
薄片結(jié)構(gòu)的介質(zhì)可以承受非常高的泵浦功率且晶體本身不會有太高的溫升和熱形變，同時因為薄片的厚度較薄，對泵浦光和激光的單程吸收都較小，激光可多次經(jīng)過薄片獲得巨大的增益放大，所以非常適合做放大器的增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)?；诒∑鲆娼橘|(zhì)結(jié)構(gòu)的再生放大器可將超快種子激光的能量和平均功率放大幾個數(shù)量級，同時還能保持優(yōu)異的光束質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率，是目前為止最適合幾百毫焦、千瓦級超快激光器的技術(shù)，并可成熟應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。薄片放大器相較于板條結(jié)構(gòu)、光纖放大器等有著絕對性的優(yōu)勢，輸出激光可即是高功率又是高能量，并保持接近種子激光的光束質(zhì)量。
在薄片激光器中，再生放大器也起著至關(guān)重要的作用，再生放大器本身就是一個能產(chǎn)生激光的振蕩器，主要由光開關(guān)、增益介質(zhì)、激勵源及諧振腔構(gòu)成，也稱為再生腔。它的工作原理是從脈寬展寬后的超快種子激光的脈沖序列中選出一個脈沖，注入到再生腔中，在泵浦激光的抽運下，脈沖多次往返通過增益介質(zhì)進行放大，當(dāng)能量放大到所需值時，改變光開關(guān)加高壓的時間，再將其從腔中導(dǎo)出，注入和導(dǎo)出通常是通過偏振片、法拉第旋光器和半波片完成的。圖2是基于薄片結(jié)構(gòu)的再生放大器的光路示意圖。
圖2 基于薄片結(jié)構(gòu)的再生放大器的光路示意圖
薄片激光器增益模塊一般采用光纖耦合半導(dǎo)體激光器端面泵浦結(jié)構(gòu)，泵浦光經(jīng)光纖輸出后經(jīng)比較大的拋物面鏡反射到薄片晶體上，結(jié)構(gòu)簡單，泵浦效率高，且目前940nm光纖耦合半導(dǎo)體激光器的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，可以提供足夠高的泵浦能力。圖3是泵浦激光和增益激光在薄片介質(zhì)中的傳輸示意圖。
圖3 薄片激光器增益的光路示意圖
工業(yè)用碟片激光器最早是由TRUMPF集團研發(fā)的，用于激光切割和激光焊接，單個薄片激光器可以獲得超過1.2萬瓦的輸出功率，TRUMPF一直是薄片激光器的領(lǐng)航者。隨著市場對激光峰值功率的要求日益增高，超快激光器的單脈沖能量需被提高，熱沉積和非線性的管理成為巨大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)如今，將薄片結(jié)構(gòu)和再生放大技術(shù)應(yīng)用到超快激光器中，使得超快激光器有了新的突破。TRUMPF Scientific Lasers （TSL）成立于2012年，是TRUMPF集團的全資子公司，公司主要研發(fā)和制造高端科研用薄片超短脈沖激光器，并提供定制和聯(lián)合創(chuàng)新服務(wù)。目前，TSL可提供<2ps、幾百毫焦、千瓦量級的激光輸出，且在非全能量注入壓縮器情況下，最小可將脈寬壓縮至<600fs，詳細參數(shù)如表1 所示。
表1 TSL公司產(chǎn)品參數(shù)表
相對于板條結(jié)構(gòu)，薄片超快激光器的優(yōu)勢主要是可以實現(xiàn)高達幾百毫焦的單脈沖能量，同時具有超高功率的特性，并保持接近種子激光的光束質(zhì)量，這在某些應(yīng)用領(lǐng)域有著不可替代的優(yōu)勢，如逆康普頓散射、大氣成絲、OPCPA等。圖4是TSL激光器典型參數(shù)的實際測量結(jié)果。
圖4 TSL激光器典型參數(shù)測量
波量科技作為TRUMPF Scientific Lasers公司在中國地區(qū)的獨家代理商，多年來一直專注于超快激光的技術(shù)與服務(wù)，攜手國際最頂尖超快激光品牌和最先進的激光技術(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，熱烈歡迎廣大客戶來電垂詢！
下期預(yù)告：高能量薄片超快激光器應(yīng)用之激光引雷，敬請期待！
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