在工业上,激光按出光时间,可分为连续波、准连续、短脉冲、超短脉冲四类。
“超快激光”,是指输出激光的脉冲宽度在10-12s即皮秒级别,或小于皮秒级别的脉冲激光。
什么是脉冲宽度?就是激光发射的时间长短。
想象一下,光在如此短的时间,能跑多远?假设地球上有个人将激光笔对着月亮,大概1.3秒后,激光就会达到月球表面。当然得理想化一点,光没有散射或损耗。而对于1皮秒的时间,光也就只能走头发丝打个结的距离了。
下面是时间单位换算的公式,可以看出1皮秒的时间有多短:
1 秒(s)=10-0s=1s
1 纳秒(ns)=10-9s=0.000 000 001s
1 皮秒(ps)=10-12s=0.000 000 000 001s
1 飞秒(fs)=10-15s=0.000 000 000 000 001s
工业激光器中皮秒激光器、飞秒激光器、以及科研领域比较热的阿秒激光,这些都属于超快激光的范畴。对于脉宽介于几十皮秒和1纳秒之间的激光器,行业人员不会将之称为超快激光,而是称之为亚纳秒激光器。
超快激光器根据波长不同,又可以分为红外皮秒、绿光皮秒、紫外皮秒等。
一、超快激光的优势
超快激光是激光领域重要的发展方向之一,作为一种新兴的技术手段,在精密微细加工方面有着显著优势。超快激光产生的超短脉冲与材料相互作用时间极短,不会给周围材料带来热影响,因此超快激光加工也被称为冷加工。这是因为,当激光脉冲宽度达到皮秒或飞秒量级,可以在很大程度上避免对分子热运动的影响,产生更少的热影响。
举个例子,当我们用钝的菜刀切松花蛋时,常常会将松花蛋切成碎末,如果选择一把刀口特别锋利,快到斩乱麻的切法,松花蛋切口平整均匀、样式美观,这便是超快的优势!
天下武功,唯快不破!
二、什么是CPA放大技术?
2018年10月2日,瑞典皇家科学院公布了2018年的诺贝尔物理学奖获得者,由来自于美国的Arthur Ashkin,法国的Gerard Mourou和他的学生、 加拿大的Donna Strickland女士三位物理学家分享诺贝尔物理学奖金。其中50%授予Arthur Ashkin的“光镊及其在生物系统中的应用”,另一半授予Gerard Mourou和Donna Strickland的“啁啾脉冲放大技术(Chirped Pulse Amplification,CPA),用于生成高强度的超短脉冲激光的方法”。
三、激光锁模技术
锁模(Modelocking)是激光器产生超短脉冲的方法之一,与调Q(Q-Switching)相类似,锁模也是对激光器腔内进行调制,让原本连续光(Continuous wave, CW)分裂,从而产生脉冲。但是锁模与调Q仅仅是在物理现象上有所相似,其物理原理是完全不一样的。锁模技术一般分为主动锁模和被动锁模。
除了主动相位调制之外,一般都是通过损耗调制的方式实现锁模,其中最常用的是通过饱和吸收(Saturated Absorption)效应产生锁模。饱和吸收效应,即光强越强,工作物质的吸收越弱,当光强足够强时,饱和吸收体(Saturable Absober, SA)被“漂白”,对光不再吸收。
目前,工业级光纤锁模种子源基本都是SESAM锁模加线性腔结构设计,其中可以通过选择不同的输出啁啾光栅和SESAM参数,实现皮秒或者飞秒锁模。
四、超快激光应用之医疗领域
飞秒激光视力矫正,也是大家比较熟悉的激光应用之一。在众多的近视矫正术中,全飞秒激光手术已经成为主流治疗近视眼的方法,与传统的准分子激光手术相比,全飞秒激光手术具有手术准确度高、无明显疼痛感、术后视觉效果好等优势。
![](/lstp/ueditor/240614/1-240614093T9433.jpg)
由于心脏支架壁管极薄,通常采用激光加工代替常规的机械切割。但是,使用普通激光通过烧蚀融化来加工,这样加工的心脏支架存在毛刺多、切槽宽度不统一、表面烧蚀严重、筋宽不均匀等一系列问题。近年来,国外企业已经开始采用飞秒激光进行支架切割。
五、超快激光应用之科研领域
双光子聚合技术(2PP)是一种“纳米光学”3D打印方法,类似于光固化快速成型技术,未来学家 Christopher Barnatt认为这种技术未来可能会成为主流3D打印形式。双光子聚合技术的原理是通过使用“飞秒脉冲激光”选择性固化感光树脂。听起来似乎像光固化快速成型,区别在于双光子聚合技术能够实现的最小层厚和X-Y轴分辨率均在100纳米和200纳米之间。换句话说2PP 3D打印技术比传统光固化成型技术精确度高了几百倍,打印出来的东西比细菌还小。
文章来源:知乎:圆圆的圆 公众号:半导体全解