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        超快光纖激光器的應用優勢及未來發展

        時間:2020-11-17 來源:新特光電 訪問量:1384

        超快光纖激光器的應用優勢

        超快光纖激光器作為新一代激光器,可以理解為超快技術與光纖激光的結合,結合了超快激光和光纖激光的雙重優勢。10年前,超快光纖激光器仍停留在基礎科研領域,運用于科研機構的實驗室中,在非線性光學、激光光譜學、精密光學測量、太赫茲等科研領域作為強有力的研究工具,起著重要作用。隨著超快光纖激光制造技術的快速發展,核心器件如泵浦源、雙包層光纖、光纖光柵等制造工藝的完善和成本的降低,超快光纖激光器在近年來走向市場,轉化落實在產業化應用中。

        以稀土元素摻雜的光纖作為激光增益介質的超快光纖激光器,由于光纖表面積大、易于散熱,能夠做到小型化、高效率且低成本,在實際應用中優勢凸顯。同時,超快激光與傳統長脈沖以及連續激光相比,具有獨特的優勢。由于超快激光與材料相互作用的時間極短,將能量極快地注入很小的作用區域,瞬間高能量密度沉積使電子吸收和運動方式發生變化,在根本上避免了能量的轉移、轉化以及熱能的存在和熱擴散造成的影響,從根本上改變了激光與物質相互作用機制,在精密微加工、航空航天、消費電子、汽車制造、光伏能源等工業領域表現出色。

        值得一提的是,光頻梳系統最早由極其龐大的鈦寶石系統構成,基本無法搬移。目前由于超快光纖激光器的普及,已經在體積和成本方面取得了巨大進步,這項諾獎技術已經為更多人提供了便利。同時,超快光纖激光器在生物醫療領域的應用日益廣泛,不僅可用于分子和亞細胞動力學的實時研究和外科手術,其非燒蝕損傷的特點更可用于我們熟知的近視治療與皮膚治療。近年來,紅外光纖、半導體光纖、光子晶體光纖等新型光纖的出現,為超快光纖激光器提供了更廣闊的舞臺。

        光纖激光器具有以下多種優勢

        輕量化易安裝:光纖較柔軟可以彎曲,光纖激光器通??梢宰龅叫⌒洼p量化,在降低了購置成本的同時安裝也方便靈活。

        維護成本低:受熱透鏡效應和熱致雙折射效應等熱效應影響,固體激光器的散熱模塊需要精心設計,由于作為激光介質的光纖表面積/體積比值要比塊狀的固體激光器棒形介質大4個量級以上,光纖激光器在100W內可以通過空氣冷卻。同時光纖激光器不需要每月幾個小時的定期維護。

        高光束質量:光纖發射激光的數值孔徑較小,容易聚光的特性使其可達到大功率密度化,實現高分辨率加工,高光束質量意味著光纖激光器可以使用在材料加工、醫療、科學和國防等高端制造領域。

        能效更高:摻雜光纖激光與YAG晶體激光相比可以實現寬帶的光放大,并且泵浦光被封閉在光纖內,可以實現高效率泵浦。

        長期穩定性強:不包含自由空間光學系統的光纖激光器,由于沒有空間光學元件,不易受到塵埃、溫度、機械等影響。

        易實現大功率化:由于泵浦模塊可以串聯和并聯,可通過多種設計增加輸出功率。

        超快光纖激光器的發展方向

        超快光纖激光器作為諸多超快激光應用系統的核心部件,其性能是整個應用系統的首要限制因素。然而,目前超快光纖激光器在性能方面還有很多需要改善和提高的地方,因此其性能的提升仍舊是當前超快光纖激光器的研究方向之一。未來,更窄的脈沖寬度、更高的功率輸出、更高的重復頻率、脈沖形狀以及脈沖波長范圍的拓展等是研發人員關注的重點領域。只有當各個維度的性能整體穩步提升后,才能更好地滿足不同領域的應用需求。

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