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電子加工新聞

技術(shù)加油站丨三大基礎(chǔ)激光晶體材料

星之球科技 來源:騰訊網(wǎng)2020-12-09 我要評論(0 )   

1960年世界上第一臺激光器的誕生,給古老的光學(xué)帶來了一場革命。由于激光具有高能量密度、高度方向性和相干性的特點,使之在許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,也帶動了許多新興學(xué)...

1960年世界上第一臺激光器的誕生,給古老的光學(xué)帶來了一場革命。由于激光具有高能量密度、高度方向性和相干性的特點,使之在許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,也帶動了許多新興學(xué)科。


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在現(xiàn)代制造業(yè)中,激光加工就是目前最先進的加工技術(shù)之一,為各種新產(chǎn)品的開發(fā)提供了新途徑。而在激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域中,關(guān)鍵基礎(chǔ)的核心器件莫過于全固態(tài)激光器,一種以固體激光材料作為增益介質(zhì)的激光產(chǎn)生裝置。


目前全固態(tài)激光器中,采用的激光基質(zhì)材料是激光晶體,它們可將外界提供的能量通過光學(xué)諧振腔轉(zhuǎn)化為在空間和時間上相干的具有高度平行性和單色性激光。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,激光基質(zhì)晶體已從最初的數(shù)種增加到幾十種,其中應(yīng)用最廣泛的有三種,分別是摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG);摻釹礬酸釔(Nd:YVO4)和摻鈦藍寶石(Ti:Al2O3),它們也被統(tǒng)稱為“三大基礎(chǔ)激光晶體”。


Nd:YAG

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摻釹釔鋁石榴石激光晶體具有光學(xué)均勻性好、機械性能好、物化穩(wěn)定性高、熱導(dǎo)性好等優(yōu)點,是迄今為止最為重要,也是最成熟、最主流的激光晶體材料。可以說,摻釹釔鋁石榴石的出現(xiàn)使得固體激光器得到了真正的發(fā)展,并實現(xiàn)商業(yè)化。


由于基本性能優(yōu)異,摻釹釔鋁石榴石常被應(yīng)用于近遠紅外固態(tài)激光及其倍頻、三倍頻中,還可以用于二極管泵浦全固態(tài)微小型激光器中,得到的紅、綠、藍色高質(zhì)量的連續(xù)激光輸出。摻釹釔鋁石榴石也大量用于軍事、科研、醫(yī)療及工業(yè)激光器中,如各種規(guī)格的測距儀,光電對抗設(shè)備系統(tǒng),高性能激光儀器,激光治療儀、美容儀,激光打標機、打孔機等激光加工機械中。在需要高功率、高能量、Q開關(guān)和鎖模超短脈沖激光等場合,摻釹釔鋁石榴石更是首選的激光工作物質(zhì)。


Nd:YVO4

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摻釹釩酸釔晶體是一種性能優(yōu)良的激光晶體,適于制造激光二極管泵浦特別是中低功率的激光器。與摻釹釔鋁石榴石相比,摻釹釩酸釔對泵浦光有較高的吸收系數(shù)和更大的受激發(fā)射截面。激光二極管泵浦的摻釹釩酸釔晶體與LBO,BBO,KTP等高非線性系數(shù)的晶體配合使用,能夠達到較好的倍頻轉(zhuǎn)換效率,可以制成輸出近紅外、綠色、藍色到紫外線等類型的全固態(tài)激光器。


目前摻釹釩酸釔激光器已在機械、材料加工、波譜學(xué)、晶片檢驗、顯示器、醫(yī)學(xué)檢測、激光印刷、數(shù)據(jù)存儲等多個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。而且摻釹釩酸釔二極管泵浦固態(tài)激光器正在迅速取代傳統(tǒng)的水冷離子激光器和燈泵浦激光器的市場,尤其是在小型化和單縱模輸出方面。


Ti:Al2O3

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1970-1980年代,超快激光主要是采用被動鎖模的染料激光器,可以產(chǎn)生亞ps級的短脈沖激光。1980年代末期,研究人員發(fā)現(xiàn)了可調(diào)諧范圍為660nm-1100nm的鈦寶石(Ti:Al2O3),其帶寬非常有利于實現(xiàn)fs激光脈沖,而且具有受激發(fā)射截面大、激光損傷閾值高等優(yōu)點。


2001年,研究人員采用Kerr透鏡被動鎖模,獲得了平均功率為100mW,脈寬為5,V6fs的激光脈沖,并且首次實現(xiàn)了fs脈沖運轉(zhuǎn)下的波長寬帶(400nm)調(diào)諧。從此之后鈦寶石激光器基本上取代了染料激光器在超短脈沖激光領(lǐng)域中的位置,成為了最主要的超短脈沖激光振蕩源。


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