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    紫外飞秒激光器作为进步前辈激光技能的焦点冲破之一，依附其超短脉冲、岑岭值功率以和紫外波段独有的高光子能量，正于重塑周详制造、前沿科研与生命科学等范畴的改造运用

紫外飞秒激光器的焦点上风于在可以或许于极短期内开释超高能量，险些消弭热效应，从而实现对于质料的 冷加工 ；其短波长特征也付与这类光源更小的聚焦光斑能力，成为微纳加工的利器。是以紫外飞秒激光器于半导体晶圆切割、生物构造无创成像、量子质料制备等场景中揭示出不成替换的价值。然而，持久以来，紫外飞秒激光器的技能瓶颈：单脉冲能量不足、体系不变性差、维护成本昂扬，严峻制约了其财产化进程。今朝市场上的商品化紫外飞秒激光器单脉冲能量年夜多局限于50 J之内，平均功率不足百瓦，出产商重要是从激光器于工业现场利用寿命的考量，将这些指标设定于器件可持久运行的参数规模内；于镀膜及光学质料实现技能冲破以前，高能高功率紫外激光器的平均无端障时间难以得到冲破性的晋升。

然而财产的成长仍需要工业品制造商不停摸索及冲破产物局限性，与运用端用户配合挑战当前技能上限，为前沿运用或者财产进级测验考试开拓出多种可能的技能线路。奥创光子于国度重点研发规划项目的需求牵引下，以用户需求为导向，集中技能资源攻关高能紫外飞秒激光器技能，得到了百微焦的紫外飞秒脉冲。为确保激光器综合机能不变，采用了高功率近红外飞秒激光器作为基频光源，该近红外飞秒激光器为奥创光子产线上业已经成熟的板条固体放年夜CPA平台的300W版产物，其输出最年夜单脉冲能量3mJ（图1）。为了匹配三倍频紫外谐波转换，该基频光平台设置最年夜能量上限为600 J，满意谐波转换所需能量强度，也防止了高能脉冲对于倍频器件的毁伤危害。

图1. 奥创光子300瓦功率飞秒红外激光器

奥创光子的300W飞秒激光器为光纤种子联合固体放年夜器的结构，主放年夜器采用板条Yb:YAG晶体作为激光增益介质，经由过程多通板条放年夜光路实现高功率、年夜能量的超短脉冲输出。高功率放年夜光路的重点于在冲破放年夜器的热效应制约，把握热治理和增益治理要害技能；特别是针对于数百瓦平均功率的红外飞秒激光器产物开发方针，作为主放年夜器的板条放年夜体系需要总功率不低在2200W的泵浦光，是以该放年夜器的开发重点事情集中在两台泵浦源输出泵浦光的整形、聚焦以和为掩护泵浦源而设计的反向断绝办法。

为了简化板条激光放年夜器的装调难度，同时确保充足的增益倍率，采用以平面反射镜为腔镜的两级双端泵浦布局，第一级为7通光路布局，第二级为4通光路布局，整形后的椭圆状光强漫衍的旌旗灯号光以较小的发散角进入板条放年夜器。两级板条放年夜器共用两个高功率二极管bar条阵列泵浦源，每一个泵浦源的输出泵浦光经偏振分光镜分束为两个互相垂直的传输光路，进入各自的光束整形与匀化光学装配，尔后聚焦进入先后两级Yb:YAG晶体。跟着泵浦电流的晋升，两级板条放年夜器同时得到增益，输出放年夜光，为了给倍频体系提供良好光束质量的基频光，板条放年夜器并未充实使用增益介质储能，放年夜功率维持于介质热畸变较小的增益区间内。

激光器的三倍频体系设计为自力模块，内置二倍频及三倍频晶体、准直和聚焦透镜组、分光镜以和光学密封腔微情况轮回过滤器件。此中二倍频光学装配为LBO晶体的温度匹配二次谐波转换光路体系，未来自前端近红外飞秒激光器的300W、波长1030nm的飞秒激光会聚入射LBO晶体；于邃密调治最好相位匹配温度后，孕育发生转换效率跨越40%的二次谐波（图2）。

图2. 二倍频孕育发生的绿光激光功率不变性及脉宽

三倍频晶体采用BBO，为了有用散热并只管即便削减群延迟掉配，薄片状BBO晶体嵌入自动制冷热沉中，解决高功率高能量谐波转换下非线性晶体温控难题，从而晋升紫外倍频效率及不变性。从售后维护角度考量，三倍频晶体和其温控体系设计为总体模块式拆装方式，便在激光器于紫外倍频体系维护周期节点举行快速的维护、维修。倍频腔体内的情况工程学办法包括密封充气倍频腔体到达阻遏外部尘埃污染的目的，并采用轮回气泵按期过滤腔内质料孕育发生的杂质，延伸倍频晶体寿命。

整合了上述情况工程学办法的紫外飞秒激光器，颠末严酷的出厂测试，得到的重要输出参数（图3）为：中央波长343nm，最年夜平均功率54W，最年夜单脉冲能量108 J ，今朝该款百微焦紫外飞秒激光器已经重要用在质料科学研究。

图3. 紫外飞秒激光重要参数实测成果（上：功率不变性测试；下：远场光斑丈量)

紫外飞秒激光器的研制过程，素质上是一场超过物理极限、工程瓶颈与财产需求的攻坚战。从晶体质料的筛选到相位匹配的周详节制，从试验室的原型验证到工业产线的不变落地，每一一项前进都凝结着多学科交织的聪明结晶。当前，奥创光子等平易近族激光企业于高端激光器范畴已经揭示出强劲的追逐势头，扩展国产高端激光光源于周详制造行业的市场份额；而要实现从 并跑 到 领跑 的跃迁，仍需期待我国光学质料研究事情者于增益介质、非线性晶体、高毁伤阈值镀膜等底层技能范畴连续深耕及冲破。

转自：奥创光子

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