火狐体育首页进入:Game changing？——飞秒激光器在向固体回归吗？

　　你记不记得，自己正费尽心机想把固体激光器做稳的时分，他人现已在做光纤激光器了？20多年前，当钛宝石锁模激光器红遍半边天的时分，有人现已从光纤激光器中得到了小于100 fs的脉冲。

　　现在，类似的情形好像再次发生：当你沉醉于光纤激光器锁模和扩大，并想办法做大做强的时分，你是否注意到有人正在悄悄地回归固体激光器？

　　光纤激光器和扩大器的确有一些问题，例如脉冲宽度和脉冲能量。许多人对标东欧某国的LC公司。LC激光器最大特点是，脉冲不只短，也洁净，也便是脉冲没有所谓旁瓣或许“底座”。如果有这些的话，脉冲能量就不是会集在主脉冲上，适当于飞秒脉冲叠加在皮秒或更长的脉冲上，添加了激光与资料相互效果时刻。表现在资料加工上便是：脉冲能量低了，打不动；高了，会产生热影响区。

　　为什么LC的脉冲就“洁净”呢？由于他们用的是固体激光扩大器。色散和非线性相移都要比光纤小许多，也好操控。

　　虽然人们想尽办法操控光纤扩大器中的非线性相移，乃至用空间位相调制器细调，脉冲的形状仍然不尽善尽美。也正由于这个约束，脉冲能量很难进步。所以咱们看到，做激光加工用的商用飞秒激光器，多数是固体或碟片激光器。对，除了LC，你还能够举出通快、Amplitude、Clark MXR……

　　固体激光器，给人的印象是结构简略，可是泵浦功率低，安稳性差，还需求水冷。有次我和一位国外的激光器大佬攀谈时说，我现在做的激光器是“像固体激光器的光纤激光器”。他楞了一下说，“莫非你认为固体激光器比光纤激光器好吗？”潜台词是，光纤激光器不香吗？

　　光纤激光器，包含飞秒光纤激光器，你一口气能够说出它许多长处，可是它的缺陷也是显而易见的。一个是脉冲能量，一个是脉冲形状。在脉冲能量要求不高的场合，这些问题都不大。可是到了100 %uB5J这样的量级，就有点无能为力了。你认为打孔不需求很窄的脉冲？你认为打孔不需求“洁净”的时域形状？

　　首要，是锁模机制。固体激光器里无论是YAG激光器倍频绿光激起的钛宝石，仍是半导体激光器直接泵浦的Yb晶体，锁模机制不外乎是克尔透镜锁模和SESAM锁模，或许还能够加上比较小众的二阶非线性锁模。

　　克尔透镜锁模的基本原理：低强度接连光被阻挠，高强度脉冲光自聚集。外加的聚集光学系统使高强度光束和泵浦光完美重合。

　　咱们曾经从固体激光器转到光纤激光器的一个原因，便是克尔透镜锁模不能自发动，需求外力推进一个腔镜或棱镜来发动锁模。按说这也不算事儿，不便是最开端发动一下嘛！可是长时间的不安稳还来源于泵浦光和腔模的空间耦合结构，加强光具座和渠道的机械强度，让这种激光器变得越来越粗笨。

　　腔内加上SESAM这样的可饱和吸收体也能够自发动。明明说好了将腔模的安稳区间和锁模这两个进程decouple，即去耦合，让锁模不再依赖于把腔调到稳区边际。也正是这个原因，泵浦一开，激光器简直永久锁模！始料未及的是，单从脉冲列上，你永久无法辨明腔内工作的到底是皮秒仍是飞秒脉冲，虽然啁啾镜或棱镜对色散补偿就在腔内。为什么？由于非线性效应依赖于腔！

　　比较之下，光纤激光器，无论是非线性环路镜仍是非线性偏振旋转，都能够自发动锁模到飞秒，多爽！人们怎么能不弃固体而喜光纤呢。

　　风水轮流转。难以置信的是，当把固体激光器的重复频率添加到GHz时，克尔透镜锁模就不需求外力推进，能够自发动了！什么腔镜推进，什么SESAM，通通不需求了！奇特不？而GHz重复频率，也刚好适应了蒸腾冷却脉冲簇微加工、高采样速率双光梳光谱学和低噪声微波提取的要求。而高亮度多模泵浦整形技能，也让GHz固体锁模激光器的输出功率在3 W以上。集高重频、高功率、窄脉宽为一身的克尔透镜锁模全固态飞秒激光振荡器，你能说不香吗？

　　且慢！固体激光器长时间安稳性缺陷处理了吗？你要是看到Heriot Watt大学那个直接贴在铝板上的飞秒激光器，再看看北大的玻璃上的半光纤半固体激光器，或许你就有答案了。Laser on board, 或laser on silica，让激光腔镜直接贴在board上、玻璃上或ULE玻璃上，没有了惯例的光具座，乃至没有了金属的底板，何愁这样的激光器不安稳呢。

　　飞秒脉冲最有用的扩大方法当属再生扩大，当再生扩大器的平均功率超越10 W时，热透镜效应闪现。一般的水冷效果不大，腔变得不安稳，光斑质量变差。

　　人们早就知道，与其设法用腔的规划补偿热透镜，不如用液氮乃至液氦极力下降扩大器晶体温度。做成薄片也是下降热透镜效应的一种物理方法。增益低，那就添加腔内渡越次数。

　　最近人们注意到，有些激光晶体，例如YLF，有负的折射率对温度的系数。并且当光场平行于c轴时，负温度系数最大，因而能够最大程度抵消热透镜效应，以至于扩大到500 W时，光斑才开端变坏。这样的扩大器中，晶体即便长到3-5 cm，也仍然能够接受几百瓦的腔内功率。此刻的脉冲能量，已达几十mJ。当然，液氮冷却是不行短少的。常言道，鱼和熊掌不行兼得。比较好的脉冲形状和洽的微细加工质量，液氮那点钱真的不算什么。

　　不是我不明白，是这国际改动太快。光纤激光器，尤其是接连光光纤激光器风头正健的时分，飞秒激光器和扩大器，或许正在悄悄地改动赛道，向固体回归。当你不断被飞秒光纤激光器的脉冲能量和形状困扰的时分，或许据守固体激光器赛道的人，在前方等你。