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              飛秒激光器簡介

              飛秒激光器是僅以千兆分之一秒左右的超短時間放光的“超短脈沖光”發生裝置。是一種可以滿足顧客需求的系統,飛秒激光器可工作于十分惡劣的工作環境。

              飛秒激光器是什么

                飛秒激光器是僅以千兆分之一秒左右的超短時間放光的“超短脈沖光”發生裝置。飛是國際單位制詞頭飛托的縮寫,1飛秒=1×10-15  秒。所謂脈沖光是僅在一瞬間放光。照相機的閃光的發光時間是1微秒左右(即百萬分之一秒),所以飛秒的超短脈沖光只有其10億分之一左右的時間放光。眾所周知,光速是以30萬千米每秒(1秒間繞地球7周半)無與倫比快的速度飛馳而過,但是在1飛秒期間連光也只不過前進了0.3微米。


                通常,我們用閃光攝影能夠剪下活動物體的瞬間狀態。同樣如果用飛秒激光器閃光,則連以劇烈速度進行化學反應的過程,都有可能看到其反應的每個片斷。為此,可以使用飛秒激光器來研究化學反應之謎。

                現在飛秒激光器還應用于物理、化學、生命科學、醫學、工程等廣泛領域,特別是光與電子攜手,期待在通信或計算機、能源領域開辟各種新的可能性。這是因為光的強度幾乎可以毫不損耗地從一地到另一地傳輸大量信息,使光通信進一步高速化。在核物理學的領域,飛秒激光器帶來了巨大沖擊。因為脈沖光具有非常強的電場,在1飛秒內有可能將電子加速到接近光速,所以,能夠用于加速電子的“加速器”。

              飛秒激光器的原理及結構

                激光是基于受激發射放大原理而產生的一種相干光輻射。處于激發態的原子是不穩定的,在沒有任何外界作用下,激發態原子會自發輻射而產生光子。而在有外界作用下,則會增加兩種新的形式:受激輻射和受激吸收。激光是通過受激輻射來實現放大的光,而光和原子系統相互作用時,總是同時存在著自發輻射、受激輻射、受激吸收(在有外界作用下,自發輻射相對較弱,可以忽略)。

                飛秒激光器為了能產生激光,就必須使受激輻射強度超過受激吸收強度,即使高能態的原子數多于低能態的原子數。這種不同于平衡態粒子分布的狀態稱為粒子數反轉分布。也就是,飛秒激光器要產生激光,必須實現粒子數反轉分布。

                粒子數反轉分布是產生激光的一個必要條件,而要實現粒子數反轉分布和產生激光還必須滿足三個條件:

               ?、僖心苄纬闪W訑捣崔D分布的物質,即激活介質(這類物質具有合適的能級結構);

               ?、谝斜匾哪芰枯斎胂到y給激活介質能量,使盡可能多的原子吸收能量后躍遷到高能態以實現粒子數反轉,這一系統稱作激勵能源(或泵浦源);

               ?、垡泄獾恼答佅到y——光學諧振腔,當一定頻率的光輻射通過粒子數反轉分布的激活介質時,受激輻射的光子數多于受激吸收的光子數可使光輻射得到放大,要使這種光放大并且以一個副長光子感應產生一個受激發射光子的單次過程為主,還能形成高單色性高方向性高相干性和高亮度性的光放大,必須使用光學諧振腔。

                因此,常用飛秒激光器由三部分組成:激活介質、激勵能源、光學諧振腔。

              飛秒激光器的特點

                飛秒激光器的主要特點是超高速和超強電場。飛秒激光脈沖的峰值功率非常高,一旦將這種光聚焦到很小的范圍內就有可能無熱影響地照射材料使其直接電離,從而產生強大的電場和磁場。飛秒激光照射在材料上時,材料對光子的吸收機理與普通激光加工時的光子吸收機理不同。

                在普通激光加工當中,能量低時光子則不被吸收,而飛秒激光的光子密度較大,即使單光子的能量比吸收光譜的能量小也可能被材料吸收。飛秒激光加工通過聚光透鏡的聚光點產生多光子吸收,從而實現對材料內部的加工。而且飛秒激光照射時不會產生熱變形和熱變質等損傷,也不會對隨溫度升高而產生物理變化的半導體材料、脆性材料造成損傷,并可實現高精密加工。


              飛秒激光器的作用

                眾所周知,物質是由分子和原子組成的,但是它們不是靜止的,都在快速地運動著,這是微觀物質的一個非常重要的基本屬性。飛秒激光器的出現使人類第一次在原子和電子的層面上觀察到這一超快運動過程?;谶@些科學上的發現,飛秒激光器在物理學、生物學、化學控制反應、光通訊等領域中得到了廣泛應用。由于飛秒激光器具有快速和高分辨率特性,它在病變早期診斷、醫學成象和生物活體檢測、外科醫療及超小型衛星的制造上都有其獨特的優點和不可替代的作用。


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