青島佳鼎分析儀器有限公司
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閱讀：830發(fā)布時(shí)間：2024-7-14
在工業(yè)上，激光按出光時(shí)間，可分為連續(xù)波、準(zhǔn)連續(xù)、短脈沖、超短脈沖四類。
“超快激光"，是指輸出激光的脈沖寬度在10-12s即皮秒級別，或小于皮秒級別的脈沖激光。
什么是脈沖寬度？就是激光發(fā)射的時(shí)間長短。
想象一下，光在如此短的時(shí)間，能跑多遠(yuǎn)？假設(shè)地球上有個(gè)人將激光筆對著月亮，大概1.3秒后，激光就會達(dá)到月球表面。當(dāng)然得理想化一點(diǎn)，光沒有散射或損耗。而對于1皮秒的時(shí)間，光也就只能走頭發(fā)絲打個(gè)結(jié)的距離了。
下面是時(shí)間單位換算的公式，可以看出1皮秒的時(shí)間有多短：
1 秒(s)=10-0s=1s
1 納秒(ns)=10-9s=0.000 000 001s
1 皮秒(ps)=10-12s=0.000 000 000 001s
1 飛秒(fs)=10-15s=0.000 000 000 000 001s
工業(yè)激光器中皮秒激光器、飛秒激光器、以及科研領(lǐng)域比較熱的阿秒激光，這些都屬于超快激光的范疇。對于脈寬介于幾十皮秒和1納秒之間的激光器，行業(yè)人員不會將之稱為超快激光，而是稱之為亞納秒激光器。
超快激光器根據(jù)波長不同，又可以分為紅外皮秒、綠光皮秒、紫外皮秒等。
一、超快激光的優(yōu)勢
超快激光是激光領(lǐng)域重要的發(fā)展方向之一，作為一種新興的技術(shù)手段，在精密微細(xì)加工方面有著顯著優(yōu)勢。超快激光產(chǎn)生的超短脈沖與材料相互作用時(shí)間極短，不會給周圍材料帶來熱影響，因此超快激光加工也被稱為冷加工。這是因?yàn)?，?dāng)激光脈沖寬度達(dá)到皮秒或飛秒量級，可以在很大程度上避免對分子熱運(yùn)動(dòng)的影響，產(chǎn)生更少的熱影響。
舉個(gè)例子，當(dāng)我們用鈍的菜刀切松花蛋時(shí)，常常會將松花蛋切成碎末，如果選擇一把刀口特別鋒利，快到斬亂麻的切法，松花蛋切口平整均勻、樣式美觀，這便是超快的優(yōu)勢！
天下武功，唯快不破！
二、什么是CPA放大技術(shù)？
2018年10月2日，瑞典公布了2018年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，由來自于美國的Arthur Ashkin，法國的Gerard Mourou和他的學(xué)生、 加拿大的Donna Strickland女士三位物理學(xué)家分享諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。其中50%授予Arthur Ashkin的“光鑷及其在生物系統(tǒng)中的應(yīng)用"，另一半授予Gerard Mourou和Donna Strickland的“啁啾脈沖放大技術(shù)(Chirped Pulse Amplification，CPA)，用于生成高強(qiáng)度的超短脈沖激光的方法"。
三、激光鎖模技術(shù)
鎖模（Modelocking）是激光器產(chǎn)生超短脈沖的方法之一，與調(diào)Q（Q-Switching）相類似，鎖模也是對激光器腔內(nèi)進(jìn)行調(diào)制，讓原本連續(xù)光（Continuous wave, CW）分裂，從而產(chǎn)生脈沖。但是鎖模與調(diào)Q僅僅是在物理現(xiàn)象上有所相似，其物理原理是不一樣的。鎖模技術(shù)一般分為主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模。
除了主動(dòng)相位調(diào)制之外，一般都是通過損耗調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)鎖模，其中的是通過飽和吸收（Saturated Absorption）效應(yīng)產(chǎn)生鎖模。飽和吸收效應(yīng)，即光強(qiáng)越強(qiáng)，工作物質(zhì)的吸收越弱，當(dāng)光強(qiáng)足夠強(qiáng)時(shí)，飽和吸收體（Saturable Absober, SA）被“漂白"，對光不再吸收。
目前，工業(yè)級光纖鎖模種子源基本都是SESAM鎖模加線性腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中可以通過選擇不同的輸出啁啾光柵和SESAM參數(shù)，實(shí)現(xiàn)皮秒或者飛秒鎖模。
四、超快激光應(yīng)用之醫(yī)療領(lǐng)域
飛秒激光視力矯正，也是大家比較熟悉的激光應(yīng)用之一。在眾多的近視矯正術(shù)中，全飛秒激光手術(shù)已經(jīng)成為主流治療近視眼的方法，與傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子激光手術(shù)相比，全飛秒激光手術(shù)具有手術(shù)準(zhǔn)確度高、無明顯疼痛感、術(shù)后視覺效果好等優(yōu)勢。
由于心臟支架壁管極薄，通常采用激光加工代替常規(guī)的機(jī)械切割。但是，使用普通激光通過燒蝕融化來加工，這樣加工的心臟支架存在毛刺多、切槽寬度不統(tǒng)一、表面燒蝕嚴(yán)重、筋寬不均勻等一系列問題。近年來，國外企業(yè)已經(jīng)開始采用飛秒激光進(jìn)行支架切割。
五、超快激光應(yīng)用之科研領(lǐng)域
雙光子聚合技術(shù)(2PP)是一種“納米光學(xué)"3D打印方法，類似于光固化快速成型技術(shù)，未來學(xué)家 Christopher Barnatt認(rèn)為這種技術(shù)未來可能會成為主流3D打印形式。雙光子聚合技術(shù)的原理是通過使用“飛秒脈沖激光"選擇性固化感光樹脂。聽起來似乎像光固化快速成型，區(qū)別在于雙光子聚合技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的最小層厚和X-Y軸分辨率均在100納米和200納米之間。換句話說2PP 3D打印技術(shù)比傳統(tǒng)光固化成型技術(shù)精確度高了幾百倍，打印出來的東西比細(xì)菌還小。
文章來源：知乎：圓圓的圓 公眾號：半導(dǎo)體全解
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