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高功率皮秒激光器要害技能简介

2017-08-04 15:00
来历: 贝林激光

高功率皮秒激光器以其高峰值功率、窄脉冲宽度(10-12ps),在资料精纤细加工、LED芯片划片、太阳能光伏,科学研讨等范畴得到了广泛的运用。相关于传统纳秒激光(10-9ps),选用皮秒激光加工资料,具有加工精度高、热效应极小、加工边际无毛刺等长处。相关于飞秒激光(10-15ps),皮秒激光也有不少优势,因为不需求为了扩大而展宽和紧缩脉冲,皮秒激光器结构相对简略,因而本钱效益更高,功用更牢靠。一起,皮秒脉冲仍短到足以敷衍十分准确和无应力的微细加工。

现在国内工业范畴关于皮秒激光器的需求量很大,一年要在800台以上,大部分依赖于进口,价格昂贵,保护也十分费事。国内有几家供给皮秒激光器产品,受限于安稳性问题,商场占有率较低。

工业用高功率皮秒激光器单脉冲能量一般需求到达微焦,乃至亚毫焦量级,而锁模种子激光器的频率到达MHz以上,种子的单脉冲能量一般为nJ量级,为了取得高的单脉冲能量,可以经过选脉冲技能将种子频率下降,然后经过高增益扩大器完成高单脉冲能量输出。皮秒激光器作业原理如下图所示,结构首要包括种子激光器,选脉冲单元和扩大器三个部分。MHz高频种子光脉冲经过声光或许电光调制器,选出kHz激光脉冲,脉冲再经过单级或许多级扩大完成高单脉冲能量输出。首要要害技能如下:

皮秒种子源技能:

种子源技能是皮秒激光器的核心技能,种子源的功用直接决议皮秒激光器的安稳性和牢靠性,皮秒激光器最不简略操控和出毛病最多的当地便是种子激光器,怎么延伸可饱和吸收镜的运用寿数成为种子源技能的要害。种子激光器一般分依据半导体泵浦技能的固体种子和依据光纤技能的光纤种子两种。固体种子存在结构杂乱,体积大,本钱高,安稳性差等缺点,其用于锁模的可饱和吸收镜接受较高功率和热量,寿数一般小于1500小时,为了满意10000小时的运用寿数,需求对可饱和吸收镜频频换点。相比之下,光纤种子源可饱和吸收镜上接受的功率和热量低许多,运用寿数会长许多,即便可饱和吸收镜不换点,其寿数也可以到达10000小时以上。除此之外,光纤种子源还具有结构简略,制作本钱低,功用安稳,根本免保护等长处,因而已经成为各大激光器供货商的首选。

皮秒扩大器技能:

为了取得大单脉冲能量输出,种子脉冲需求经过高增益扩大器扩大来完成。皮秒扩大器的难点在于怎么操控扩大后激光的光束质量以及怎么防止扩大器内部器材因接受高峰值功率而损坏。高增益扩大器有三种:光纤扩大器、再生扩大器以及多程行波扩大器。下表从几个维度,对三种扩大器的优缺点进行比照。

光纤扩大器长处是输出功率高,扩大增益高(>109),结构简略安稳,制作本钱相对较低,缺点是受光纤非线性影响,无法取得高单脉冲能量输出,一般小于10uJ。

再生扩大器长处是,扩大器增益高,很简略取得>200uJ单脉冲能量输出,缺点是扩大腔结构杂乱,对脉冲时序要求十分严厉,一起需求参加电光腔倒空功用,制作难度大,本钱高,安稳性不简略操控。

多程行波扩大器的长处是,结构简略,安稳牢靠,制作本钱低,很简略取得高功率高单脉冲能量输出,缺点是单级扩大增益小,一般可以到达103-104,可是可以经过增加扩大级数来取得需求增益,现在绝大多数的激光器厂商选用这种扩大器。

先进操控技能:

除了种子源和扩大器技能以外,皮秒激光器要害技能还包括泵浦源驱动和温控技能、选脉冲技能、脉冲同步技能、数据记载技能,功率调理和监控技能等。

泵浦源驱动和温控技能决议泵浦光的功率和波长安稳性,然后直接影响输出激光脉冲的安稳性。选脉冲技能需求调制器具有<10ns上升和下降时间,一起要考虑脉冲同步问题,防止脉冲被削掉。数据记载技能可以了解激光器运转中的一切数据改变状况,然后盯梢激光器的运用状况。功率调理和监控技能可以实时调理和监控激光器的输出功率,因而在激光加工过程中必不可少。

贝林激光皮秒激光器:

贝林激光自2013年推出首款皮秒激光器以来,已经有超越500台皮秒激光器用于工业加工范畴。2017年头推出新一代Amber系列皮秒激光器产品,该产品选用皮秒光纤种子源协作多程行波扩大器完成高峰值功率皮秒激光输出,产品掩盖皮秒红外功率1-50W,皮秒绿光功率1-25W。皮秒脉冲宽度<15ps,光束质量M^2<1.3。Amber系列激光器配备先进的操控体系,激光器集成长途确诊,数据记载,功率调理和监控等功用,保证激光器长期安稳运转,满意工业客户24/7运用。

50W皮秒激光器(Amber IR-50)

附图1:50W皮秒激光器Amber IR-50 500小时拷机功率曲线:

附图2:50W皮秒激光器Amber IR-50 光束质量测验:

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