超短脈沖激光器的光纖方案
在工業(yè)應用中,超短脈沖激光器與連續(xù)波操作具有相同的優(yōu)勢,插座效率高,尺寸小,需要的維護少,可靠性高。脈沖能量的限制主要來自光纖本身。單模光纖的中心直徑為10-20 μm,這等于許多微加工應用中所選用的光斑尺 ..
在工業(yè)應用中,超短脈沖激光器與連續(xù)波操作具有相同的優(yōu)勢,插座效率高,尺寸小,需要的維護少,可靠性高。脈沖能量的限制主要來自光纖本身。單模光纖的中心直徑為10-20 μm,這等于許多微加工應用中所選用的光斑尺寸。這樣,我們必須在一定范圍內操作,使得光纖的非線性效應和吸收不會影響脈沖的特性,仍然保持目標燒蝕時的最佳條件。在實際操作中,很難在“標準”光纖內提高超短脈沖的能量而超過5-10 μJ范圍,甚至在皮秒范圍也不能實現(xiàn)。在飛秒光纖激光器的情況下,光纖內的脈沖寬度必須先被展寬,然后輸出光纖后被壓縮,以實現(xiàn)實際的脈沖能量(啁啾脈沖放大,CPA)。
超短脈沖光纖激光器在連續(xù)波(CW)的模式下可以實現(xiàn)很高的功率。準連續(xù)波(QCW)模式意味著很高的重復頻率(≥100 MHz),在這種情況下,材料燒蝕的反應時間要比脈沖之間的間隔要長。所以,激光與材料的相互作用接近CW激光器的情況。超短脈沖光纖激光器的鎖模過程在這個重復頻率范圍內十分簡便,提供了最簡單的脈沖輸出技術。為了優(yōu)化材料加工時加工速度與質量的關系,必須降低重復頻率,因此,可以使用所謂的“脈沖選擇”方案,能夠將重復頻率從百MHz降到MHz范圍。目前,對于不同材料來說,非QCW重復頻率的最大值尚未得到確定。作為經驗法則,重復頻率高于1 MHz時,等離子體屏蔽現(xiàn)在開始出現(xiàn)。不過,燒蝕率持續(xù)非線性的增加,直到至少10MHz處。頻率范圍在1-10MHz、脈沖能量為5-10 μJ的超短脈沖光纖激光器提供了很高的平均功率(5-100W)和材料去除率(光斑大小在5-10 μm)。薄膜的制圖通常需要很高的掃描速度(1-100 m/s),以便在大規(guī)模生產中能更經濟。超短脈沖激光器在這些應用中表現(xiàn)出眾。 |
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