作者：网络投稿 发布时间：2023-03-07 00:00 阅读次数：131
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飞秒高峰值功率密度 (TW/cm2) 和高重复频率 (MHz) 激光系统广泛应用于科学、工业和军事领域。控制飞秒脉冲和材料相互作用的主要机制是多光子现象和非热过程，这使得它们对各种应用具有独特的吸引力。
当前，飞秒激光器在透明材料（例如熔融石英、蓝宝石等）的三维加工中展现出色的能力，成为光纤微加工（如光纤光栅刻写）、半导体晶片切割、可重写 5D 光学存储器的优异工具。此外，飞秒激光可以改变太阳能电池板的表面，以提高太阳能电池的效率。同时，飞秒激光器还在瞬态吸收光谱中发现了独特的应用——借助超短探测脉冲，可以在生物材料中实时跟踪光物理和光化学反应的快速演变。以上列举的仅是飞秒激光系统应用领域中的一小部分，但却充分说明了其重要性。
过去十年，激光制造已全面渗透制造业各领域，未来维纳加工发展的方向是进一步实现大尺寸、高精度和高效率加工。诚然，超快激光有着很广阔的市场需求空间，在打标加工、航空航天 、3C 电子、通信；新材料、器件加工、汽车等更多领域，将孕育出更多的超快激光应用场景，并需要更高的激光输出功率和单脉冲能量。
飞秒脉冲产生方法
锁模（Mode-locking）是激光器产生超短脉冲的方法。锁模技术一般分为主动锁模和被动锁模。前者是从外部向激光器输入信号周期性地调制激光器的增益或损耗，达到锁模；后者则采用饱和吸收器，利用其非线性吸收达到锁定相对相位，产生超短脉冲输出。目前常用的飞秒脉冲产生方法包括克尔透镜锁模和半导体可饱和吸收体锁模两种。
饱和吸收效应图示。（左：饱和吸收体的吸收特性；右：饱和吸收体对脉冲的强度调制）
克尔透镜锁模 (KLM)
1991年，克尔透镜锁模的出现打开了超快激光技术革命的大门，也由此诞生了第一台掺钛蓝宝石克尔透镜锁模激光器，标志着具有超高峰值功率的固体飞秒激光新阶段的开始。克尔透镜锁模 (KLM)的优势包括非常快，所以脉冲最短；非常宽频，因此可调范围更广。然而，其劣势也不少，例如不能自启动；严苛的谐振腔调节（接近稳定极限运行）；关联到腔体设计的可饱和吸收体（有限的应用）。
半导体可饱和吸收体 - SESAM
同年，瑞士物理学家U. Keller在布拉格反射镜上外延生长GaAs半导体可饱和吸收体，制备成SESAM，并应用在钛宝石激光器上，得到2ps脉冲。
SESAM作为一个锁模启动和稳定元件应用在锁模激光器中，克服了克尔锁模自身难以启动的缺点，降低了锁模激光器的设计难度和对激光材料性能的要求，并且大大提高了系统稳定性。它的发明，标志着超快固体激光进入了一个新的发展阶段。
飞秒激光脉冲放大
自从激光发明以来，更高的脉冲能量、更大的平均功率和更短的脉冲持续时间等技术不断发展，持续创造新的应用甚至开辟全新的领域。例如，1985年的啁啾脉冲放大技术，1988年的双包层光纤技术，1997年的大模场光纤概念的提出，都对超快光纤激光的发展产生了深远的影响。
啁啾脉冲放大
2018年诺贝尔物理学奖的一部分奖项颁给了啁啾脉冲放大技术（CPA）的发明者Gérard Mourou先生和他的学生Donna Strickland教授——他们提出的 CPA技术正是现在产生超强超短脉冲激光的独创性方法。CPA技术为人类创造最短、最强的激光脉冲铺平了道路。这一技术开辟了新的研究领域，并在工业和医疗领域产生了广泛的应用。
相干合成
相干合成技术能够突破单根光纤的功率极限，同时解决亮度、热管理等一系列问题，已成为光纤激光技术中的重要研究方向。
相干合成是将一个种子源分成若干路，经放大后再合束及压缩，产生高功率、高能量的飞秒脉冲。相干合成中，各路激光进行振幅叠加。理想的合成效果需要实现各路激光在空间/时间上的重合，以及在光谱上的匹配和在相位上的锁定，这些都依赖于复杂的相干合成关键技术：高精度的光谱、相位和光强等特性的探测，以及高精度的多参量主动控制，将会是多域混合相干合成系统构建中必须解决的难题和重点攻关的技术。目前相干合束通过16根20/400光纤合束，获得了10.6 KW的平均功率输出，单脉冲能量为125 uJ。
工业级飞秒激光器
通常，大部分脉冲持续时间小于 500 fs 的工业飞秒激光器仅限于几十瓦的平均功率。有两种主要的激光器结构代表了这种类型的激光器：基于再生放大器的飞秒激光器和基于光纤的放大器。
再生放大器
脉冲信号光进入再生放大器中，经过100次左右的振荡放大，经饱和后再导出谐振腔，形成一个放大脉冲。由于使用的普克尔盒的开关速度限制，工业级飞秒激光器中的再生放大器的重复频率一般都在百KHz级别。同时，由于放大功率的限制，单增益模块的再生放大器的输出功率通常都在数十瓦级别。
增益光纤 -光子晶体光纤
在功率放大器中，丹麦NKT Photonics公司开发的光子晶体光纤DC-200/40-PZ-Yb可用于数十微焦耳的飞秒光纤激光器。这款PCF的芯径为40 mm，脉冲能量50 mJ ，虽然比普通单模光纤的芯径大很多，但得益于其独特的光纤结构，仍可以保证基模输出。另外一款高功率增益光子晶体光纤aeroGAIN-ROD-PM85可提供高峰值功率，其芯径为85 mm，脉冲能量达到200~500 mJ，成为下一代高功率超快光纤激光器的理想增益介质。
光纤-固体混合飞秒脉冲放大
随着高端制造中对加工精度和效率的要求不断提高，现有的数十瓦/毫焦级别的飞秒激光器已经无法满足规模制造中的需求。因此对于高功率大能量飞秒激光器的技术开发势在必行。采用全光纤进行脉冲相干合束的技术方案可以获得较高的平均功率，需要复杂的时域和空间匹配，对装置稳定性和环境要求很高，而且受光纤的峰值功率限制，难以获得较高的单脉冲能量。
而光纤-固体混合飞秒脉冲放大技术有效地结合光纤放大器的高增益和固体放大器的高峰值功率、高脉冲能量的优势，最终的高平均功率/高峰值功率飞秒激光器可使用光纤振荡器和前置放大器来达到数十瓦级，使用板条放大到数百瓦级，最终使用碟片多通放大器达到数kW级。
光纤-固体混合 MOPA
在题为“Simple Yb: YAG femtosecond booster amplifier using divided-pulse amplification”的一篇论文中，研究了一种在最先进的工业级大功率飞秒光纤系统后面使用低增益 Yb:YAG 单晶功率放大器的混合系统方法，以显著提高光纤放大器的输出脉冲能量。该系统在 100 kHz下得到>60 W 的平均功输出，脉宽 400 fs，对应于 600 μJ 的单脉冲能量。为了进一步提升能量，在功率放大器的入口处实施无源分脉冲放大。 在压缩前输出脉冲能量为 3 mJ，压缩后为 2.3 mJ，脉冲宽度为 520 fs，对应于 4.4 GW 的峰值功率。
板条增益模块
在高平均功率下，板条放大器弥补了具有高单通增益但高非线性、小横截面和损伤阈值的光纤放大器，以及具有大横截面但低单通增益的碟片放大器之间的差距。在题为“400W Yb: YAG Innoslab fs-amplifier”的一篇论文中，展示的实验将已经成熟用于掺钕(Nd)激光晶体的 Innoslab 板条放大结构应用于掺镱(Yb)激光材料。将 Innoslab 板条放大器与碟片和光纤飞秒放大器进行比较。实现了可扩展到千瓦范围的紧凑型半导体激光泵浦 Yb:YAG Innoslab飞秒振荡器-放大器系统。迄今为止，在不使用 CPA 技术的情况下，在 400 W 平均输出功率和 76 MHz 重复率下，实现了近乎变换和衍射极限的 680 fs 脉冲。
可以看出板条放大方式显现出来比碟片激光器更简单的技术架构、及更高的特性，有充分的潜力与光纤放大配合，获得数百瓦数毫焦级别的飞秒脉冲输出。当前，发货的飞秒激光器制造商Amplitude 基于光纤和固体板条放大技术，将平均输出功率 >100 W 的高功率混合光纤/固体飞秒激光器逐步商业化，并正在开发具有进一步扩展平均功率的新光源——脉冲持续时间短至 400 fs，并且提供灵活的、用户可控的脉冲重复频率；来自种子模块的脉冲可以压缩到短至 250fs 的脉冲持续时间。最近，华日激光整合了飞秒大能量激光超快平台和成熟的Yb:YAG板条放大模块，积极推进数百瓦数毫焦飞秒激光器的产业化（如下图展示了以华日飞秒激光Femto--IR200为种子源和板条放大模块输出功率为450W和510W时的光谱）。
华日激光主要的产品线涵盖固体激光和超快激光两大系列。目前，公司已实现纳秒/皮秒/飞秒激光器的标准化、批量化制造，产品应用于国际级客户制程，实现进口替代和全球销售，在航空航天、集成电路和显示器件领域均有丰富的工艺储备和研发经验。此外，通过产学研合作，华日多个项目成果都实现了超快激光器核心器件国产化，建成了中国超快激光器产业链，解决了超快激光器“卡脖子”技术难题，在激光精细加工领域得到了广泛应用，支撑了中国高端激光精密加工装备的可持续发展。
今年，华日激光超快激光器生产基地正式启用。该基地建设无尘厂房7000㎡，包括皮秒/飞秒激光器生产线、种子源生产线以及超快激光应用工艺研究中心。目前，公司已具备年产超3000台超快激光器的生产能力。未来，华日激光将以前沿精密激光微纳加工技术产业化为抓手，在激光器先进制造领域，充分发挥基地的创新资源，进一步加强产品标准化、自动化、批量化生产的能力。
华日激光技术体系
不可以，光猫是pon设备，分gpon和epon，光交换机或者路由器，我不确定题主说的是什么，这种一般是sfp，sfp+类试模块，并不能使用在pon网络上面
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