強(qiáng)激光的技術(shù)應(yīng)用

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1、飛秒激光器的發(fā)展研究及應(yīng)用激光是20世紀(jì)以來，繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的乂一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”。它的亮度約為太陽光的100億倍。自七十年代世界第一臺(tái)激光器，紅寶石激光器的問世以來，激光技術(shù)迅速風(fēng)靡世界，從固體激光器到半導(dǎo)體激光器，從可見激光到超強(qiáng)激光，人們對激光器的追求向著更高功率，更高可靠性，更高能量轉(zhuǎn)換發(fā)展，強(qiáng)激光成為激光科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域，在該領(lǐng)域所獲得的眾多研究成果□經(jīng)或正在轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力?，F(xiàn)如今強(qiáng)激光的應(yīng)用范圍從科學(xué)領(lǐng)域不斷拓展

2、到工業(yè)、U防軍事、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生等領(lǐng)域，已成為當(dāng)代新技術(shù)的重耍支柱。飛秒激光器的發(fā)展八十年代來，隨著人們對強(qiáng)激光不斷探索，調(diào)Q技術(shù)以及鎖模技術(shù)被發(fā)現(xiàn)并極用，激光的短脈沖化□漸突顯，激光脈沖已經(jīng)從納秒量級(jí)迅速發(fā)展到皮秒量級(jí)，到1981年美國的Fork等人在染料激光器中采用碰摘鎖模方式獲得了脈沖寬度小于lOOfs的激光脈沖，標(biāo)志著飛秒激光吋代的來臨。1990年Sarukura等人用可飽和吸收染料的被動(dòng)鎖模成功地獲得的50fs脈沖寬度，這是飛秒激光器的又一進(jìn)步，獲得的脈沖寬度進(jìn)一步縮短。隨后，新的寬增益帶寬工作物質(zhì)

3、和非線性被動(dòng)鎖模技術(shù)的出現(xiàn)，鎖模固體激光器隨著迅速發(fā)展起來。1991年英國圣安得魯大學(xué)的Spence等實(shí)現(xiàn)了鈦寶石自鎖模激光運(yùn)轉(zhuǎn)，標(biāo)志著飛秒激光器進(jìn)入固體化階段。至此，飛秒激光脈沖不僅輸出功率提高了近W個(gè)數(shù)量級(jí)，而且在可調(diào)諧范圍和脈沖寬度方面也有新的突破，當(dāng)然，鈦寶石飛秒激光器依然是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的飛秒激光器。1993年，M.T.Asa等在鈦藍(lán)寶石震蕩激光器中采用標(biāo)準(zhǔn)的熔石英棱鏡，利用其色散補(bǔ)償作用，獲得的激光脈寬達(dá)到Ilfs。1994年，針對棱鏡中高階色散對脈寬的影響，F(xiàn).Kra提出了

4、啁啾鏡技術(shù)，使飛秒激光脈沖迅速降到了10fs以內(nèi)。直到2000年，人們對鈦藍(lán)寶石激光器采用增強(qiáng)自和位調(diào)制與色散管理技術(shù)，使得秒激光脈沖達(dá)到5fs。飛秒量級(jí)激光器的問世為未來強(qiáng)激光事業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，隨著飛秒激光脈沖的不斷窄化和灰用研究的不斷深入，周期量級(jí)飛秒激光脈沖載波包絡(luò)相位的研究已經(jīng)成為近年來超快激光科學(xué)和計(jì)量領(lǐng)域一個(gè)熱門的研究方h'd，并直接導(dǎo)致了阿秒科學(xué)的革命性進(jìn)展。2、飛秒激光器的工作原理一臺(tái)典型的飛秒激光器的主要結(jié)構(gòu)包括泵浦源、增益介質(zhì)和光諧振腔三個(gè)組成部分。由于飛秒激光獲得脈沖更短、功率

5、更高的強(qiáng)激光，因此飛秒激光器的各個(gè)結(jié)構(gòu)以及工作原理不同于普通激光器，下面以飛秒鈦寶石激光器為例，飛秒鈦寶也激光器是目前能產(chǎn)生飛秒量級(jí)脈沖的應(yīng)用最廣泛的激光器。飛秒鈦寶厶激光器包括飛秒激光振蕩器和飛秒激光放大器兩部分，振蕩部分產(chǎn)生激光，其工作原理為，由泵浦源所發(fā)射的泵浦激光入射到鈦寶石晶體上，產(chǎn)生反轉(zhuǎn)粒子；平面鏡M

6、和半透鏡OC構(gòu)成諧振腔，腔內(nèi)網(wǎng)個(gè)曲率半社相同的四面鏡M2、M2到聚焦的作用；此外，在激光腔內(nèi)還要有專門的色散補(bǔ)償裝置一切成布儒斯特角的棱鏡對P，、P，。飛秒鈦寶石激光器具體結(jié)構(gòu)如下閣所示：pu

7、Aplaser532.r5UOC（翔飛秒鈦寶石激光器示意圖Ti:S晶體是摻鈦的A12O3單晶，空問群為它的物化性質(zhì)與紅寶石和似甘+離子電子能級(jí)與周圍藍(lán)寶石晶格的振動(dòng)能級(jí)間的耦合使激發(fā)態(tài)能級(jí)分裂成E1/2和E3/2兩個(gè)能級(jí)，基態(tài)能級(jí)分裂成2E1/2,E1/2及E3/2三個(gè)能級(jí)，如圖所示，摻鈦寶石激光器光子躍遷發(fā)生在2T2g（基態(tài)）和2Eg（激發(fā)態(tài)），這是2D能級(jí)的兩個(gè)分裂能級(jí)。(3d)1摻鈦藍(lán)寶石激光器中的Ti3+離子能級(jí)閣3、飛秒激光器的應(yīng)用飛秒激光具宥超快時(shí)間分辨和超高峰值功率的特征，在CJ然科學(xué)的各

8、個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著非常重要的作用。0前，以飛秒激光為技術(shù)平臺(tái)已經(jīng)出現(xiàn)了多個(gè)學(xué)科。3.1科研應(yīng)用在科學(xué)研究方面，飛秒激光是科學(xué)探索的最有力武器，通過對飛秒激光與物質(zhì)相互作用，我們可以觀察各種奇特現(xiàn)象，可以收獲到硬X射線、伽馬射線，高能離了、高次諧波，軟X射線。比如，氣態(tài)的物質(zhì)，固態(tài)的物質(zhì)，液態(tài)的物質(zhì)在飛秒強(qiáng)激光作用下會(huì)變成等離子體，因此，科學(xué)家預(yù)測飛秒激光將為下世紀(jì)新能源的產(chǎn)生起重要作用。此外，通過強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用，還能奮利于我們激光物理，非線性光學(xué)，天體物理，原子核物理，加速器物理，高能物理，凝聚態(tài)物理

9、,相對論物理激光驅(qū)動(dòng)慣性約束核聚變，等等物理界基礎(chǔ)應(yīng)用學(xué)科的探究，為發(fā)現(xiàn)更多未知現(xiàn)象帶來極大的機(jī)遇和便利。3.2工業(yè)應(yīng)用除Y科學(xué)領(lǐng)域，飛秒激光器還能用于工業(yè)生產(chǎn)方面。飛秒激光作為超短超強(qiáng)脈沖激光，在材料微加工方面能夠提高多量子過程，在極短的時(shí)問實(shí)現(xiàn)了輻射作用機(jī)制。用飛秒激光進(jìn)行加工，沒冇熱效應(yīng)和沖擊波，對材料沒冇損傷。此微加工技術(shù)將在超高速光通訊、強(qiáng)場科學(xué)和納米科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具宥廣泛的應(yīng)用和潛在的市場前景。3.3、醫(yī)學(xué)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方