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激光又被人們稱(chēng)為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”。近年來(lái)，激光產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展備受矚目，激光加工卓越的優(yōu)勢(shì)已吸引了光通信、汽車(chē)制造、造船、冶金、航空航天、新能源、模具制造、醫(yī)療器械、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等產(chǎn)業(yè)的關(guān)注，并紛紛引進(jìn)激光加工技術(shù)，在各種工序上發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

目前熱門(mén)的研究方向概括一下有三個(gè)：

波長(zhǎng)擴(kuò)展：中紅外；

高功率；

短脈沖。

常規(guī)參數(shù)的激光器也不是沒(méi)有研發(fā)空間，比如使用一些新材料、新結(jié)構(gòu)或開(kāi)展應(yīng)用工作。

1.先說(shuō)中紅外：

因?yàn)橹屑t外波段的瑞利散射較弱，因此比較適合作為遠(yuǎn)距離空間通信的光源，特別是3.5~5.5um波段的大氣窗口，缺乏增益介質(zhì)，非線(xiàn)性頻率變換也比較難做，是研究較熱的一個(gè)方向。

還有就是該波段是許多分子的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，可利用吸收譜線(xiàn)對(duì)其進(jìn)行分子識(shí)別。

獲得中紅外波段激光，目前研究較熱的有個(gè)叫量子級(jí)聯(lián)激光器的方向，復(fù)合一個(gè)電子同時(shí)，發(fā)射多個(gè)中紅外波段的光子，而且波長(zhǎng)可調(diào)諧，甚至可達(dá)到太赫茲，目前已有瓦級(jí)的商品化激光器。

此外，鉛鹽半導(dǎo)體也可利用俄歇效應(yīng)輻射中紅外激光，缺點(diǎn)是需要低溫制冷。

而光纖激光器，還有二極管泵浦固態(tài)激光器（所謂DPSSL），波長(zhǎng)取決于選擇的增益介質(zhì)，目前還很難得到3um以上的紅外，主要是多聲子馳豫影響激光的產(chǎn)生。目前主要是2um波段的摻銩、摻鈥光纖\全固態(tài)激光器。

還有就是差頻、OPO、OPA、OPCPA光源了，目前多以PPLN、PPLT、碳化硅SiC、KTP作參量晶體。

OPO調(diào)諧范圍寬，可實(shí)現(xiàn)較高平均功率（>4W），商品化較成熟。

OPA、OPCPA的優(yōu)點(diǎn)是單脈沖能量大。目前已有逆天的20mJ、20fs、20Hz的3.9um光源：（奧地利維也納技術(shù)大學(xué)的Baltuska課題組）

不過(guò)這么逆天參數(shù)當(dāng)然離不開(kāi)龐大的系統(tǒng)：

2.高功率方面，主要沖著工業(yè)領(lǐng)域、軍工領(lǐng)域去的。

CO2激光器目前仍是主流技術(shù)，產(chǎn)品非常成熟，不鼓勵(lì)去。

此外主要是光纖和板條、薄片激光器。

高功率激光的難點(diǎn)說(shuō)白了就是散熱，那么只有增大增益介質(zhì)的表面\體積比，而光纖、板條、薄片無(wú)非是增大散熱面的兩種路線(xiàn)。

由于光纖通過(guò)相干合束可以成倍提升平均功率，因此可以達(dá)到高達(dá)萬(wàn)瓦量級(jí)的功率輸出。這方面主要是公司在引領(lǐng)潮流，大學(xué)研究所多為百瓦、千瓦級(jí)別，工業(yè)界和科研界已有相當(dāng)?shù)牟罹唷?/div>

高功率光纖方面，國(guó)外公司主要有IPG、Rofin（被Coherent收購(gòu)）等。

以IPG為例：

一個(gè)模塊1kW，放一起合束一下，想要2萬(wàn)瓦？有！~~想要10萬(wàn)瓦？有！~~

這是2013年ASSL會(huì)議上報(bào)道的10萬(wàn)瓦1070nm光纖激光器。國(guó)內(nèi)公司主要有瑞科等。

薄片激光器，科研單位同樣是做不過(guò)公司，如下是Trumpf的16kW薄片激光器鏡組：

（泵光多次往返激發(fā)增益介質(zhì)。）

不同于光纖激光器，大功率薄片激光器是將多個(gè)二極管泵浦的晶體薄片串聯(lián)在一個(gè)諧振腔里，通過(guò)設(shè)計(jì)大模場(chǎng)的腔模式，與光纖激光器相比優(yōu)點(diǎn)是可以運(yùn)作在大能量上，而光纖運(yùn)行在大能量模式上則難免造成較強(qiáng)的B積分，影響光束質(zhì)量。

板條激光器：

板條激光器和薄片激光器的一點(diǎn)點(diǎn)差別在于，板條多為側(cè)面泵浦或角泵浦。優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟，體積小，級(jí)聯(lián)容易，缺點(diǎn)是光束整形難度高，比較難以得到較高品質(zhì)因子的激光放大。板條也可達(dá)到萬(wàn)瓦級(jí)，是目前和化學(xué)激光器一樣，是激光武器的主流。

從工業(yè)應(yīng)用角度看，主要是因?yàn)槊}寬越短，加工時(shí)間內(nèi)的熱擴(kuò)散越小，加工精度高，不容易傷及無(wú)辜。

飛秒光與納秒光的加工對(duì)比圖：（德國(guó)漢諾威激光中心提供）

（a）200fs，120uJ (b) 3.3ns, 1mJ

　　飛秒光刻：（透明材料中加工光波導(dǎo)）

還有飛秒激光做眼科手術(shù)，同樣是加工精度高，制瓣速度快，切割平整。

醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用還有多光子顯微鏡和OCT。

圖為雙光子熒光和三次諧波技術(shù)結(jié)合的神經(jīng)細(xì)胞圖像。綠的是細(xì)胞核，紫的是細(xì)胞邊緣。激光中心波長(zhǎng)810nm。

此外就是科研中的應(yīng)用。

飛秒化學(xué)啊、阿秒激光啦、光學(xué)頻率梳啦、強(qiáng)場(chǎng)物理啊、激光粒子加速器啊、太赫茲源啊……應(yīng)用相當(dāng)廣泛，每個(gè)都?jí)驅(qū)憥装夙?yè)，恕我不能展開(kāi)了。

單純研究超快激光器的話(huà)也有許多工作可以做，比如前面提到的光纖、薄片激光器，通過(guò)和超短脈沖技術(shù)的結(jié)合都已做到逆天的參數(shù)。

傳統(tǒng)的CPA、OPCPA技術(shù)就不介紹了，目前發(fā)展主要瞄準(zhǔn)高峰值功率、高平均功率、短脈沖、極紫外、中紅外幾個(gè)方向，而以上幾個(gè)亮點(diǎn)相融合的工作，則受到高度重視。

例如前面提到的光纖和薄片，結(jié)合飛秒脈沖以及光譜展寬技術(shù)，各自實(shí)現(xiàn)了高平均功率的周期量級(jí)光脈沖。

這是2016年Jena 耶拿大學(xué)Tunnermann課題組的工作，通過(guò)級(jí)聯(lián)的光譜展寬，利用660W的光纖放大光，經(jīng)啁啾鏡壓縮后實(shí)現(xiàn)了216W、6.3fs的脈沖輸出，重頻127MHz。這個(gè)脈寬即使和常規(guī)的鈦寶石展寬壓縮后的脈寬相比，也毫不遜色。

像我這些做傳統(tǒng)鈦寶石CPA的表示——人比人得死，貨比貨得扔！~~ 這是腿哥Oleg Pronin和我?guī)熜謴埥饌プ龅谋∑す馄鳎?/div>

通過(guò)光子晶體光纖進(jìn)行光譜展寬，在90W、250fs入射下，獲得了50W、19fs的壓縮結(jié)果。光譜覆蓋6.8~16.4um，也是不到兩個(gè)周期。超短脈沖激光方面，依然是光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。不論是大能量、高功率、短脈沖還是頻率擴(kuò)展等等，仍有很大研究發(fā)展的空間和應(yīng)用價(jià)值，歡迎有志青年入坑~~

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激光技術(shù)研究方向應(yīng)用細(xì)分

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