皮秒激光器的原理及應用題庫

1、皮秒激光器的原理及應用皮秒激光器的原理及應用?激光技術(shù)對國民經(jīng)濟及社會發(fā)展的重要作用：激光技術(shù)是二十世紀與原子能、半導體及計算機齊名的四項重大發(fā)明之一。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光應用已經(jīng)滲透到科研、產(chǎn)業(yè)的各個方面，在汽車制造、航空航天、鋼鐵、金屬加工、冶金、太陽能以及醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域都起到重要作用。激光產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展了五十多年，已經(jīng)與多個學科形成了不同類型技術(shù)應用，比如光電技術(shù)，激光醫(yī)療與生物光子學、激光加工技術(shù)、激光檢測與計量技術(shù)、激

2、光全息技術(shù)、激光光譜分析技術(shù)、非線性光學、超快激光學、激光化學、量子光學、激光雷達、激光制導、激光分離同位素、激光可控核聚變、激光武器等。激光器及其配件在激光產(chǎn)業(yè)的整個產(chǎn)業(yè)鏈中占有非常重要的地位，屬于技術(shù)和專業(yè)性都很強的產(chǎn)業(yè)。激光通信、激光存儲和激光顯示主要應用在信息領(lǐng)域。激光加工（包括激光切割、激光焊接、激光打標、激光鉆孔等）和激光醫(yī)療則在醫(yī)學和工業(yè)上應用廣泛。超短激光脈沖的激光切除的優(yōu)點在很多應用中得到了證實，直到最近也沒有在工廠的

3、地板上發(fā)現(xiàn)這些應用的工業(yè)副產(chǎn)物。在工業(yè)應用中，除去質(zhì)量因素以外，可重復生產(chǎn)性和每個零件的成本也是很重要的標準。激光系統(tǒng)的可靠性當然和所使用的激光技術(shù)直接聯(lián)系在一起。每個零部件的成本基本上和超短激光脈沖的重復頻率直接聯(lián)系在一起。高附加值，高重復率的生產(chǎn)力，可靠的技術(shù)等所有這些要求僅僅在最近通過二極管泵浦的皮秒激光器才完成。皮秒激光器在大規(guī)模生產(chǎn)中的第一次應用在ThePhotonicsWest2005上被報道。20ps脈沖持續(xù)時間的1μJ的

4、脈沖被聚焦到薄的鋼箔上，在脈沖光束的方向上一系列同心環(huán)被去除。不同的同心圓環(huán)形成一個園盤，去除材料的不同圓盤形成一個錐形孔，這個孔在專業(yè)的高質(zhì)量的打印頭中作為注入墨水的噴嘴。在過去幾年中，絕大多數(shù)超快激光器制造商集中精力在飛秒激光器的開發(fā)上。這些激光器需要一種復雜的CPA技術(shù)來保持峰值功率密度在某一個損傷閾值下的放大階躍內(nèi)。用這種方式，可以產(chǎn)生mJ水平的脈沖能量，但是重復率被限制在幾KHZ。比較而言幾百μJ的高脈沖能量對厚材料的鉆孔或切

5、割是有利的。柴油機的注入噴嘴的鉆孔就是一個例子，這里1mm厚的鋼板材料不得不被精密的打孔以致不需要進一步的清潔處理。LUMERALASER為了這個應用開發(fā)了皮秒激光器STACCATO。因為它的脈沖時間在皮秒范圍內(nèi)，STACCATO激光系統(tǒng)不需要CPA技術(shù)。激光工作物質(zhì)Nd：YVO4允許用激光二極管直接泵浦，使其具有高的脈沖能量和高的重復頻率。STACCATO激光系統(tǒng)在10ps的脈沖持續(xù)時間內(nèi)在1064nm時輸出10W的平均功率，它的激光

6、束接近衍射極限，能被很理想的聚焦。?與飛秒激光器相比，達到100KHZ的非常高的重復頻率保證了高的生產(chǎn)率。在紫外光譜區(qū)域許多材料有比較高的線形吸收系數(shù)，對材料的去除來說這是非常有利的。從STACCATO發(fā)出的紅外激光輻射因為其非常高的峰值功率密度能夠被轉(zhuǎn)化成更短的激2μm激光器及其應用激光器及其應用?2um激光器的研究近來成為熱門的課題之一，因為其在醫(yī)療等領(lǐng)域應用前景廣闊。人體組織中水的比例大約占70％，因而組織對光的吸收情況與水相似。

7、水在中紅外波段有兩個強的吸收譜帶，分別為2.5～4.0μm和5.6～10μm。因此，當激光與人體組織相互作用時，水對所用激光吸收系數(shù)的大小就決定了激光在組織中的穿透深度、損傷區(qū)域以及手術(shù)精度等。Nd:YAG激光器的波長為1.06μm，可以用石英光纖傳輸，在醫(yī)療方面有不少應用。但是，由于水對它的吸收僅為0.1cm1，在有些外科手術(shù)中，它的穿透深度較深，損傷區(qū)域較大，手術(shù)精度不高，因此不宜使用。Er:YAG激光波長為2.94μm水對它的吸收

8、為3000cm1，屬水的強吸收波段。對醫(yī)療應用來說，鉺激光器是一個十分理想的光源，然而令人遺憾的是：鉺激光不能用石英光纖傳輸，能夠傳輸鉺激光的非石英光纖容易斷裂，防礙其臨床應用。Ho:YAG激光波長為2.1μm，位于水較強吸收譜線。水對其吸收約為25cm1，是水對Nd:YAG激光吸收的250倍。顯然，水對Ho:YAG激光的強吸收使其可以在大部分軟組織和硬組織中產(chǎn)生淺的穿透深度、高的手術(shù)精度和獨特的凝血作用，大大限制了損傷區(qū)域。在未來幾年

9、中，它將逐步取代Nd:YAG激光器。雖然水對鈥激光的吸收只是水對鉺激光吸收的一百二十分之一，然而鈥激光能用低OH的石英光纖傳輸，這就使鈥激光能有效地工作在氣體和液體環(huán)境中，為醫(yī)生切除軟骨和其它硬組織提供精確的途徑，使鈥激光成為現(xiàn)有激光內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中最適宜的光源[37]。鈥激光在軟組織中的外科手術(shù)精度與CO2激光相比較，可能略低于CO2激光的手術(shù)精度，然而它能為大部分組織提供更好的凝血功能。除此之外，二者之間的最大區(qū)別是CO2激光不能用石英

10、光纖傳輸，只能借助于笨重的關(guān)節(jié)臂來導光，十分不便；而能用光纖傳輸?shù)拿}沖鈥激光則是切除和燒蝕軟骨以及其它硬的鈣化的組織的有效工具。因此有人稱鈥激光對于CO2激光來說具有挑戰(zhàn)性，在某些手術(shù)中鈥激光具有取代CO2激光的潛力。由于人體其它部分組織也都含有大量的水分，由此可以推出，人體組織對2.1μm的鈥激光均有強烈的吸收作用，這一特點使得鈥激光器在醫(yī)學上有著廣闊的應用前景。激光制冷的發(fā)展、應用及其它制冷技術(shù)激光制冷的發(fā)展、應用及其它制冷技術(shù)?制