[激光原理与应用-26]：《激光原理与技术》-12- 激光产生技术-短脉冲超短脉冲调Q技术锁模技术

Posted 2022-12-15 文火冰糖的硅基工坊

目录

第1章 什么是激光脉冲

1.1 什么是激光脉冲（时间+能量维度）

1.2 激光脉冲的好处

1.3 巨脉冲激光（能量维度）

1.4 什么是激光短脉冲与超短脉冲激光（时间维度）

1.5 长脉冲宽度缺点与短脉冲的优点

1.6 短脉冲激光的应用

第2章 超短脉冲激光器原理

2.1 巨脉冲的基本原理：调Q技术

2.2 锁模技术

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第1章 什么是激光脉冲

1.1 什么是激光脉冲（时间+能量维度）

激光脉冲指的是脉冲工作方式工作的激光器发出的一个光脉冲。

光脉冲就是光源按着一定时间间隔时断、时续的发光。

脉冲工作方式是指每间隔一定时间才工作一次的方式。

激光脉冲是指激光器发出的一个光脉冲，是脉冲众多可利用的工作方式中的一种。

可以用手电筒的工作方式来理解激光脉冲，当手电筒一直打开按钮就是连续工作，打开按钮立刻又关掉就相当于发出了一个光脉冲，就像极快的闪光灯。简单的说，好比手电筒的工作一样，一直合上按钮就是连续工作，合上开关立刻又关掉就是发出了一个“光脉冲”。 

1.2 激光脉冲的好处

用脉冲方式工作有它的必要性，比如发送信号、减少热的产生等。

持续时间短、强度大的光脉冲能够穿透物料，穿透物料的光脉冲不传输，但是以热量的形式在物料中消散。物料的表面和内层产生温度梯度，热量以传导的形式从表面传递到内层。热传导一直进行到物料温度达到恒定的稳定状态，消散的热量和物料的热学性质决定所需的时间。

光脉冲的持续时间比热传导的时间短，光脉冲的能量在物料表面贮存极短的时间，期间几乎没有出现热传导，这实际上是瞬间加热了薄层表面，使其温度高于具有等量平均功率的连续光束加热所达到的稳态温度。

脉冲激光器具有较大输出功率，适合于激光打标、切割、测距等。

1.3 巨脉冲激光（能量维度）

在腔内人为的加入损耗，使其大于工作物质的增益，这时没有激光输出。但在泵浦源持续不断的激励下，激光上能级的原子数越来越多，得到了较大的粒子数反转。

如果定义峰值功率为脉冲的能量除以脉冲的持续时间（脉宽），那么，在撤除人为加入的损耗情况下，就会在很短的时间内以极快的速度产生脉冲宽度窄、峰值功率高的脉冲激光，通常称为巨脉冲。

1.4 什么是激光短脉冲与超短脉冲激光（时间维度）

不同物理现象的时间尺度：

搞清楚了时间单位，我们现在应该大概了解纳秒、皮秒、飞秒都是非常短的单位。

目前传统的激光器大都是纳秒激光器，称为短脉冲激光器。

皮秒激光器和飞秒激光器是一种超短脉冲的激光器(也叫超快激光器)。

近十年来，超短脉冲(USP)激光器的长足进步使得超快激光加工技术取得突飞猛进的发展，在微结构加工方面很短的时间内实现了最高精度。

1.5 长脉冲宽度缺点与短脉冲的优点

人们很早就尝试利用激光进行微加工。但是由于激光的长脉冲宽度和低激光强度造成材料熔化并持续蒸发，虽然激光束可以被聚焦成很小的光斑，但是对材料的热冲击依然很大，限制了加工的精度。唯有减少热影响才能提高加工质量。

 

 

备注：

长脉冲：导致加工的表面和深层都受到了破坏。

 

超短脉冲：导致加工的表面和深层都未受到破坏，干净利落。

1.6 短脉冲激光的应用

　　1、应用于工装、模具、钢制工具、汽车精密部件，可实现高精度的清洗和抛光，提升精密部件的高附加值;

　　2、应用于硅表面产生微米尺度的微结构，大大提高硅基太阳能电池的效率;

　　3、应用于微米至纳米尺度的光学及其机械器件超精密加工，提升光学镜片及其系统的最高光洁度、透光率和最高像素;

　　4、用于智能手机、笔记本电脑等3C产品的外壳logo标记的阳极铝打标镜面抛光，实现高档显示效果，并直接替代传统粘贴镜面不锈钢薄片工艺;

　　5、应用于第三代生物可吸收心脏支架(BRS)技术，实现清洁、去毛刺、蚀刻和抛光工艺，以使支架的边缘质量达到植入式器械所需的水平和一致，并直接替代侵入式心脏支架;

　　6、应用于超硬刀具材料的复杂型面刃口的加工，可实现高精度、高质量等等。

 

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第2章 超短脉冲激光器原理

2.1 巨脉冲的基本原理：调Q技术

 

 

2.2 锁模技术