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一、总体介绍

 

超快激光指激光脉冲宽度很短,通常指飞秒(10-15秒)和皮秒(10-12秒)的激光。

 

首先,超快激光特有的时间特性可对一些快速过程实现实时的测量。例如,将超快激光应用与化学反应的
动力学研究将化学反应的过程以“电影”的方式展示给人们,该项工作获得了1999年的诺贝尔化学奖。


与时间特性相对应的,超快激光还有着特殊的峰值功率特性。由于超短激光脉冲的时间尺度非常小,只用
很小的能量就能达到极高的峰值功率(可以简单的认为是能量和脉冲宽度的比值)。一台商业化的飞秒激光器
可以轻松达到2.5TW的峰值功率,是三峡总装机容量的100倍。相应的,放大超快激光的啁啾脉冲放大技术
(CPA)获得了2018年的诺贝尔物理学奖。


此外,超快激光具有极佳的相干性可用于时间的测量,一个普通光学实验室的基于飞秒光频梳的光钟已经
能够提供比国际时间标准铯原子钟更准的时间精度,相关工作也获得了2005年的诺贝尔物理学奖。
超快激光是最亮的光、最快的刀、最准的尺

   
 

 

   
 

二、实际应用

 

飞秒激光的发明改变了微小结构,出现了超快物理过程,为物理、化学、生物和医学工程领域的基础研究和实际
应用提供了精密仪器。飞秒激光主要应用于两个领域:基于飞秒时间尺度的时间分辨光谱学和基于高激光功率密
度的材料微加工。
当前国际超快激光产业链处于高速发展阶段,广泛应用于集成电路、半导体光刻、生物医学、国防等领域。


工业加工
由于飞秒激光的脉冲时间尺度小于热传播的时间,飞秒激光加工被称为“冷加工”,其加工质量远高于其他激光加工
技术。常用于高进度加工和高硬度切割,其加工精度和稳定性直接决定了芯片先进工艺的两大核心指标:线宽和良率。

 

常见应用
➢ 平板玻璃、宝石切割
➢ 电子元器件、晶片切割
➢ 精密仪器设备加工

 

现代医疗
超快激光在现代医疗的应用主要体现在两方面:
1. 超快激光直接被应用的现代医疗手术,
2. 超快激光被用来加工医疗器械。
传统的激光“刀”只是将激光作为一个具有极高空间精度的热源,远没有发挥激光的真正优势。由于超快激光与物质
相互作用的时间很短避免了热效应。当超快激光作用在皮肤表面是,可以在瞬间将分子气化。使用这样的“超快激光
手术刀”能够将手术的破坏减到极限:单个细胞。因此,可以在将来发展成为真正意义上的“无伤”手术。
能够生产个性化的产品的同时控制加工成本,激光加工的优势由此可以凸
显出来;而这类医用制品的高精度要求,则要求飞秒激光的精密加工技术。

 

飞秒成分检测
飞秒化学原理来研究物质结构就称为飞秒检测。飞秒检测主要利用飞秒激光研究各种化学过程和物质组成,包括化
学键断裂,新键形成,质子传递和电子转移,化合物异构化,分子解离,反应中间产物及最终产物的速度、角度和
态分布,溶液中的化学反应以及溶剂的作用,分子中的振动和转动对化学反应的影响等。
飞秒检测为当今先进的检测技术,通过观测分子、原子、电子、原子核、官能团等粒子飞秒级(一千万亿分之一秒,
即10-15 s)的振动、能级跃迁,可以很方便的判断物质组成和含量。飞秒检测技术可以用于未知物分析、配方分析
还原、工业诊断、卫星遥感、超级计算、痕量检测分析等方面。
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国防应用
卫星定位导航的基本原理是对不同在轨卫星时间信号的精确测量,其精度决定于在轨卫星和测量者所载时钟的精度。
自2005年飞秒光梳技术获得诺贝尔物理学奖以来,以飞秒激光技术为基础的新一代光钟已经成为目前最精准的时钟,
稳定的飞秒光纤光梳技术也已经成为下一代授时、全球定位导航的核心技术。
飞秒激光也逐渐新一代相干数字雷达、空间通讯、等战略装备的核心部分。基于这些应用,美国国防部下属的科研项
目DARPA组织了新的专门针对飞秒光纤激光器的研究项目PULSE(Program in Ultrafast Laser Science and Engineering)希
望能够在未来的军事技术中占据领先地位。
因此发展以较便携的光纤激光器为基础的飞秒光钟、红外飞秒激光器,以及相干通讯等技术具有战略意义。

 

   
 

 

   
 

三、现有产品

 

高功率飞秒光纤激光器

特性:高能量级别的加工效率;飞秒级别的加工品质;相较于高能量飞秒激光器的成本优势;高效的材料消融加工;最大单脉冲串能量200μJ;脉冲宽度<300fs。


应用领域:脆性材料钻孔和切割,材料选择性消融,材料表面抛光,隐藏标记,表面功能重构


参数指标:
重复频率 200kHz - 1MHz 输出功率 40W
脉冲宽度 < 300fs
(典型值250fs)
最大单脉冲能量 > 200μJ
中心波长 1035 ± 5 nm 光束质量 M2 < 1.3 (典型值<1.2)
偏振 S-偏振,线偏振 功率稳定性 < 2% RMS

 

1550飞秒光纤激光器

特性:超低噪声,变换有限脉冲,全密封式激光器,紧凑型工业设计,可全天候运行,一
体式系统。


应用领域:光通信,精密微波,太赫兹发电,放大器种子源,时序分布,频率梳


参数指标:
重复频率 50MHz 输出功率 300mw
脉冲宽度 < 60fs 单脉冲能量 6nJ
中心波长 1560 ± 15 nm 光束质量 M2 < 1.3 (典型值<1.1)
偏振 线偏振 功率稳定性 < 2% RMS

 

1030飞秒光纤激光器


应用:

➢ 多光子成像与激发
➢ 神经科学
➢ 光遗传学


参数指标:
重复频率 50MHz 输出功率 100W
脉冲宽度 < 300fs 单脉冲能量 > 2μJ
中心波长 1035 ± 5 nm 光束质量 M2 < 1.3 (典型值<1.2)
偏振 S-偏振,线偏振 功率稳定性 < 2% RMS

 

1950飞秒光纤激光器


特性:2μm中心波长,全保偏光纤设计。光纤规格可定制


应用领域:中红外频率梳,中红外超连续谱产生,掺铥或钬的放大器种子源,超快光谱学,材料表征,非线性光学


参数指标:
重复频率 50 MHz(最大400MHz) 输出功率 500 mW、2W、4W
脉冲宽度 < 150 fs 最大单脉冲能量 >20nJ
中心波长 1950 ± 30 nm 光束质量 M2 < 1.3 (典型值<1.2)
偏振 线偏振 功率稳定性 < 2% RMS

 

按需定制科研激光器


实现多种波长、脉宽和功率输出;适用于超快激光放大,太赫兹成像、多光子光
谱学、超快光谱学、频率梳、计量学等。

   
 

 

   
 

团队在飞秒光纤激光器的研究上有深厚的底蕴和自主知识产权,并且在细分技术发展上具备专业技术和特长。


实现应用于工业应用条件下工作的高稳定性、低噪声、具有国际水平的飞秒光纤激光器,拓展飞秒光纤激光器应用的新技术以及稳定的工业化激光器产品,打破国外公司的技术垄断,实现自主知识产权的新型非线性环镜锁模激光技术,并在部分指标上超越

 

   
 

 

   
  专利与成果
时间 专利号 国家
2015-07-02 US 2015/017558 A1 美国
2020-07-10 ZL201811577606.6 中国
2020-07-10 ZL201910881244.8 中国
2018-05-22 ZL201710720142.9 中国
   
       
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