皮秒激光器的原理及微机械加工应用
发布日期：2022-08-02
皮秒激光器是一种脉冲宽度为皮秒的激光器，具有皮秒超短脉冲宽度、重复频率可调、脉冲能量高等特点。它已广泛应用于生物医学、光学参量振荡、生物显微成像等领域，并逐渐成为现代生物成像和分析系统中越来越重要的工具。
超短激光脉冲的激光烧蚀的优点已经在许多应用中得到证实，在工业应用中，除了质量因素，重复性和每个部件的成本也是非常重要的标准。激光系统的可靠性当然与所使用的激光技术直接相关，每个组件的成本基本上与超短激光脉冲的重复频率直接相关。所有这些要求，如高附加值、高重复率生产率、可靠的技术等，直到近来才由二极管泵浦的皮秒激光器实现。
皮秒激光在大规模生产中的头一次应用报道于西方光子学。脉冲持续时间为20ps的1J脉冲聚焦在薄钢箔上，并沿脉冲束的方向移除一系列同心环。不同的同心圆环组成一个圆盘，不同的圆盘上去除材料后形成一个圆锥孔，在专业的高质量打印头中作为注入墨水的喷嘴。在过去的几年里，大多数超快激光器制造商都专注于飞秒激光器的开发。这些激光器需要复杂的CPA技术来将峰值功率密度保持在一定损伤阈值下的放大步骤内，这样就可以产生mJ级别的脉冲能量，但重复率限制在几KHZ。
LUMERA LASER为此应用开发了皮秒激光器，因为它的脉冲时间在皮秒范围内，所以断续激光系统不需要CPA技术。激光的工作物质可以用激光二极管直接泵浦，使其具有高脉冲能量和高重复频率。断续激光系统在10ps的脉冲持续时间内输出1064nm的平均功率为10W，其激光束接近衍射极限，可以很好的聚焦。
与飞秒激光相比，皮秒激光器100KHZ的很高重复率确保了高生产率。许多材料在紫外光谱区具有较高的线性吸收系数，这对材料的去除非常有利。由于其非常高的峰值功率密度，从STACCATO发射的红外激光辐射可以被转换成532nm、355nm和266nm的更短的激光波长。当断续激光产生的100J光脉冲撞击材料时，触发冷烧蚀，但快速扩散的等离子体仍可能引起材料的热效应。因此，为了获得良好的结果，不仅超短激光脉冲的产生是重要的，而且合适的加工技术也是重要的。事实证明，钻孔等工艺不仅对微加工结果很重要，而且对偏振控制和正确使用辅助气体和真空喷嘴也很重要。
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