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激光加工技術(shù)近年進(jìn)展簡(jiǎn)述

發(fā)布時(shí)間：2024-02-23 來(lái)源：元祿光電

目前，激光加工技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)走入我們?nèi)粘Ｉ睿蔀椴牧霞庸さ睦硐牍ぞ撸?a href="http://www.sdrb56.cn/index.php/Index/productDetail/id/37.html" target="_self">激光刻蝕、切割、焊接、打標(biāo)等。與此同時(shí)，在激光技術(shù)及關(guān)鍵器件領(lǐng)域，研究人員也沒(méi)有停下腳步。接下來(lái)，元祿光電為您整理了近期激光領(lǐng)域的相關(guān)進(jìn)展。

一、實(shí)現(xiàn)寬光譜暗孤子脈沖輸出

超短脈沖光纖激光器具有易操作、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、成本低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高速光通信、光傳感、光頻梳、激光雷達(dá)、光譜分析、軍事等相關(guān)領(lǐng)域，是目前光電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

北京郵電大學(xué)理學(xué)院劉文軍、雷鳴等青年教師針對(duì)暗孤子脈沖產(chǎn)生技術(shù)的限制，理論分析了暗孤子脈沖產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)行為，實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了寬光譜暗孤子脈沖輸出。

基于非線性Schrodinger方程和復(fù)Ginzburg-Landau方程，通過(guò)改變光纖的非線性參數(shù)研究了暗孤子脈沖在光纖激光器中的傳輸特性，從理論上提出了減弱暗孤子脈沖相互作用的方法，在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了光纖激光器中暗孤子脈沖的穩(wěn)定輸出。

經(jīng)理論計(jì)算，進(jìn)一步優(yōu)化了光纖激光器腔內(nèi)色散與非線性參數(shù)，成功研制出寬光譜暗孤子脈沖光纖激光器，并且通過(guò)拉錐光纖與可飽和吸收材料的協(xié)同優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了短脈寬為67 fs的混合鎖模光纖激光輸出。

該課題組還將之用于全光纖激光鎖模，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了脈寬246 fs的鎖模脈沖激光輸出。據(jù)知這是迄今為止過(guò)渡金屬硫化物全光纖鎖模激光器所產(chǎn)生的短脈寬報(bào)道。

二、微型紫外波段飛秒脈沖三倍頻器效率提升三倍

華沙大學(xué)的研究人員已經(jīng)研制了一種轉(zhuǎn)換效率超過(guò)30％的微型三倍頻器，通過(guò)級(jí)聯(lián)二階倍頻器使得單束激光聚焦，以產(chǎn)生246fs的紫外脈沖。通過(guò)對(duì)非線性和雙折射介質(zhì)中聚焦的寬帶光場(chǎng)的傳播過(guò)程進(jìn)行三維建模，就能夠?qū)崿F(xiàn)這種超小型高效變頻器的設(shè)計(jì)。

雖然先進(jìn)的激光技術(shù)已經(jīng)能夠覆蓋更寬的光譜區(qū)域，但是大約300nm的紫外波段激光仍然難以實(shí)現(xiàn)，特別是制造高強(qiáng)度的短脈沖紫外激光更是難上加難。

通常，科學(xué)家通過(guò)非線性的變頻器，將近紅外激光脈沖轉(zhuǎn)換成紫外激光脈沖。但是變頻器的調(diào)整非常復(fù)雜，而且其轉(zhuǎn)換效率只有10％左右。

華沙大學(xué)研制的微型紫外波段飛秒脈沖三倍頻器使得深紫外波段激光的制造成為可能。

三、激光單色性創(chuàng)新世界紀(jì)錄

德國(guó)和美國(guó)科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)造出了譜線寬度僅10毫赫茲（1毫赫茲為0.001赫茲）的激光，創(chuàng)下激光單色性的新世界紀(jì)錄。

德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院發(fā)布的新聞公報(bào)說(shuō)，這是迄今離理想單色性最近的激光，用它測(cè)量原子頻率可以讓光子鐘更加精確，還有助于光譜學(xué)和射電天文學(xué)研究等。

普通激光的線寬通常為幾千赫茲到幾百萬(wàn)赫茲，不適合精度要求特別高的實(shí)驗(yàn)。德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究所和美國(guó)實(shí)驗(yàn)天體物理聯(lián)合研究所的科學(xué)家合作創(chuàng)造出兩束波長(zhǎng)約1.5微米的激光，對(duì)比印證顯示其線寬為10毫赫茲。

這兩束激光非常穩(wěn)定，組成激光的所有光波都非常相似、振蕩步調(diào)高度一致，能在每秒振蕩194萬(wàn)億次的情況下維持同步至少11秒。在這段時(shí)間里，該激光可以傳播330萬(wàn)千米，相當(dāng)于地球到月球距離的將近10倍。

四、具有較低窄線寬的片上激光器二極管

來(lái)自荷蘭特溫特大學(xué)MESA +納米技術(shù)與芯片制造公司LioniX International的研究人員表示，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了世界上具有最低窄線寬的片上激光器二極管。

該可調(diào)諧磷化銦/氮化硅（InP-Si3N4）混合光子集成激光器具有290Hz的固有激光線寬以及81nm的光譜覆蓋范圍。

特溫特大學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Klaus Boller指出，該激光器比任何其他片上激光器相干性高十倍（窄線寬低十倍）。

研究人員表示，新的激光器將帶來(lái)一系列廣泛應(yīng)用，包括控制5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)線桿上的可移動(dòng)天線，更快的光纖數(shù)據(jù)傳輸，以及更準(zhǔn)確的GPS系統(tǒng)和用于監(jiān)測(cè)建筑物和橋梁結(jié)構(gòu)完整性的傳感器等。

五、集成化100kHz窄線寬激光光源

近日，福建物構(gòu)所承擔(dān)的國(guó)家863計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域課題“集成化100kHz窄線寬激光光源”（課題編號(hào)：2013AA014202）通過(guò)科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心組織的專家驗(yàn)收。

該課題面向400Gb/s高速相干光通信系統(tǒng)對(duì)窄線寬激光器的特殊需求，開(kāi)展了半導(dǎo)體增益材料生長(zhǎng)激光增益芯片制備、光纖光柵設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)封裝等方面的研究，研制出國(guó)產(chǎn)化基于雙段式增益芯片的FBG外腔式窄線寬半導(dǎo)體激光器，實(shí)現(xiàn)了小型集成化、低功耗、低成本、高度穩(wěn)定的窄線寬激光輸出。

六、儲(chǔ)存環(huán)自由電子激光

中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所研究人員近日提出了一種基于儲(chǔ)存環(huán)光源產(chǎn)生高亮度、全相干輻射光的新機(jī)制。研究表明，這種運(yùn)行機(jī)制能夠充分利用儲(chǔ)存環(huán)電子束的特點(diǎn)，通過(guò)較簡(jiǎn)單的裝置改造就能實(shí)現(xiàn)飛秒量級(jí)高峰值亮度X射線脈沖的產(chǎn)生，從而大幅增強(qiáng)儲(chǔ)存環(huán)光源的性能。

基于儲(chǔ)存環(huán)的第三代同步輻射光源已經(jīng)成為支撐物理、化學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等學(xué)科開(kāi)展基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的一種主要的大科學(xué)平臺(tái)。

第三代同步輻射光源具有平均亮度高、脈沖能量穩(wěn)定和同時(shí)支持多用戶運(yùn)行等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而，受原理限制它也同時(shí)存在著峰值亮度較低、脈沖長(zhǎng)度較長(zhǎng)和縱向沒(méi)有相干性等缺點(diǎn)。

為克服儲(chǔ)存環(huán)光源的這些缺點(diǎn)，人們正在發(fā)展X射線自由電子激光。與此同時(shí)，近些年隨著衍射儲(chǔ)存環(huán)光源的發(fā)展，人們開(kāi)始探索基于儲(chǔ)存環(huán)產(chǎn)生全相干自由電子激光的可行性，并提出了一些新的方案。

七、硅基納米激光器和光放大器

清華大學(xué)電子系“千人計(jì)劃”專家寧存政教授長(zhǎng)期研究半導(dǎo)體發(fā)光物理、納米光子學(xué)、器件微型化制作及表征，曾在世界上首次制成尺寸小于半波長(zhǎng)的電注入納米激光器，并首次實(shí)現(xiàn)了電注入金屬腔納米激光器的室溫連續(xù)模運(yùn)轉(zhuǎn)，是納米激光技術(shù)領(lǐng)域的開(kāi)拓型龍頭人物。

寧存政教授課題組一直致力于微納光電子材料器件的物理及應(yīng)用研究，不斷突破激光器和光放大器尺寸小型化更大值，為光電集成及其在未來(lái)計(jì)算機(jī)芯片上的應(yīng)用進(jìn)行前沿探索。十多年來(lái)，課題組專注開(kāi)發(fā)納米激光器和具有高光學(xué)增益的光放大器新材料，最近同時(shí)在這兩方面取得重大突破。