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飞秒光纤激光器为材料加工提供新途径
点击次数:513 发布时间:2017-02-13

光纤激光器使用稀土掺杂光纤作为激活介质,用激光二极管作泵浦源,本身固有一些关键优势,使它们在通过锁模产生超短脉冲方面颇具吸引力。

此外,飞秒脉冲可通过光纤传送到zui终用户设备中。Femtolite FD系列提供光纤耦合输出,重复频率50MHz,平均输出功率高达 1W。这种水平的脉冲能量,对于需要将飞秒脉冲光源灵活地集成到设备中的许多非线性成像或计量应用而言,已经足够用了。

同样地,光纤激光器啁啾脉冲放大器(FLCPA),也是美国 CalmarLaser 公 司 Cazadero 高 能 量( 高 达30μJ)超快激光器的基础,该激光器在 1μm 或 1.5μm 波长处产生超快脉冲(<0.5ps),重复频率数百千赫兹。这些超快激光器产品可以输出绿光(515nm)和紫外光(343nm),并能与该公司的 Bodega OPA 耦合,进而能在整个近红外(near-IR)区域提供较宽的波长范围。

Cazadero FLCPA 超快激光器始于 27MHz 的被动 SESAM 锁模种子光纤激光器,采样低至 120kHz 或更高。超快脉冲是通过频率时间展宽(啁啾),使得通过高功率光纤放大器级、以较低的峰值强度进行放大。高达 30μJ 的短脉冲能量传输到自由空间中。这种 FLCPA 是固态飞秒激光放大器的一种具有成本效益的替代方案,用于精密生物医学材料加工和纳米结构化。

由于能够产生超过 4000℃的高熔融温度,可用于材料熔化、微结构操作或多材料合成,高功率飞秒光纤放大器已经被越来越多地用于材料加工和制造领域。2014 年,美国 LaserFemto公司实现了 0.5mJ 的飞秒光纤激光器,提升了基于光纤的飞秒技术的高功率极限。

被动锁模

SESAM 被动锁模技术也是Calmar 公司的 Carmel-CFL 超快光纤激光器种子平台的基础。Carmel X 系列是高功率、风冷、780nm(以及可选的 1550nm)、基于光纤的飞秒激光器,输出功率从 0.2W 到超过 1.0W(在1550nm 高达 2.5W ;见图 3)。Carmel 激光器能提供 <90fs的脉宽,并且体积小巧,比许多Ti:sapphire 激光器更加紧凑,但是输出功率水平却之接近,能够满足一系列超快激光应用的需求,包括生物成像、多光子显微、光学计量、3D 微打印、太赫兹成像和眼科学。

Carmel X 系列包括远程数据采集、功率监控、系统诊断和二次谐波晶体的自动调节,实现长时间的使用寿命及 OEM 服务支持。对于多光子显微应用,Carmel 超快激光器可用于细胞组织成像,提供zui小的散射,并降低光损伤的风险。紧凑的激光头及配套的铠装光缆,使其只需要zui少的光学元件就可以集成到现有的光学显微镜中。

另一种具有低相位噪声和低时间抖动的被动锁模、工业级飞秒激光器,是瑞士 Onefive 公司的 Origami。其变换限制的孤子脉冲发射,在不同的波长和不同的重复频率下,提供衍射极限的光束质量和指向稳定性。

为了能在恶劣环境中工作,Origami 封装在采用风冷和密封外壳内,专为高稳定性和低漂移而设计。Onefive 公司的 Origami(<100fs,高达 5nJ)、Origami HP(<100fs,高达100nJ) 和 Origami XP(<400fs) 等飞秒激光器产品,是超低噪声计时和频率梳应用的理想选择。OrigamiXP(<400fs,>40μJ)非常适用于飞秒眼科学(LASIK 和白内障手术)和材料微加工应用。

多波长输出

德国Toptica Photonics 公司的FemtoFiber 系列飞秒光纤激光器使用饵光纤和镱光纤,能够提供多种输出选择 :1560nm/780nm、可见 / 近红外可调谐输出,红外 / 近红外超连续谱和短脉冲型号,可用于非线性显微、双光子聚合、时域太赫兹和阿秒科学应用,并且还可以用作种子激光器。

可饱和吸收镜(SAM)锁模和保偏光纤技术,使得交钥匙型FemtoFiber ultra 系列可用于生命科学、阿秒科学、光学相干断层扫描(OCT),以及工业 / OEM 集成应用,这些应用通领域常缺乏具有激光专业知识的工程师。FemtoFiber 激光器的光纤振荡器,可用于为一个或多个光学放大器提供种子源。同步的多个激光器系统,有益于诸如频率计量和泵浦 - 探测实验等应用。

Toptica FemtoFiber dichro 系列从同一孔径输出不同波长的两路同步激光束。该平台设计上特别注重经常需要不止一种颜色的应用,如生物光子学应用,包括双光子荧光和二次谐波产生(SHG)显微。

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