脉冲激光器工作原理,激光工作原理3d演示

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-05-03 04:38:09

图4 基于锁模振荡器种子源的皮秒MOPA激光器

振荡器的功率通常较低,特别是对于脉冲激光器,功率提升主要依靠单级甚至多级功率放大器。设计放大器时主要考虑的因素包括,输出平均功率、单级增益、信噪比以及非线性效应等。

放大器的分类

按照输出功率从小到大,放大器有时也分为预放大器、助推放大器和主功率放大器。

单级脉冲放大器的净增益一般在10 dB到30 dB之间,一般功率越低的放大器,净增益越高。脉冲激光器的信噪比决定了有用的激光能量的占比,往往跟放大器的构型和功率有关,有时还需要采用时域(AOM)和光谱(BPF)滤波手段来提高信噪比。当脉冲峰值功率高到一定程度时,非线性效应会带来额外的损伤风险,也会降低有用信号激光的比例,需要通过多种手段加以抑制。

按抽运激光和信号激光传输方向区分,放大器可以分为正向抽运放大器(抽运从放大器前端注入,与信号同向传输)、反向抽运放大器(抽运从放大器后端注入,与信号反向传输)和双向抽运放大器(抽运从放大器两侧注入)。

按照信号激光通过放大器增益介质的程数区分,可以分为单程放大器、双程放大器和多程放大器。在固体放大器中,多程放大器应用较多。双程和多程放大,主要是为了充分提取增益介质中的储能,提高输出激光的信噪比。图5是基于双向抽运放大器的MOPA连续激光器原理示意。

脉冲激光器工作原理,激光工作原理3d演示(5)

图5 基于双向抽运放大器的MOPA连续激光器

多级放大器之间要适当分配增益,例如将1 pJ的脉冲放大到1 mJ,增益1E6倍,也就是60 dB。一般需要三级放大器,净增益大体为30 dB/20 dB/10 dB,实际的系统设计根据具体参数不同千差万别。适当的增益配比,有助于提高激光器的整体可靠性,提高信噪比和降低非线性效应。

对光纤激光器,从前向后,放大器所采用的光纤尺寸通常会逐级增大,以满足功率逐级提升的要求。在级间连接时,一方面需要进行隔离以防止后级放大器的反向光回到前级放大器,干扰前级放大器的工作,甚至造成破坏;另一方面需要进行适当的模场匹配,例如从10 μm到30 μm的模场过渡,以避免或者减少光束质量的劣化。

值得注意的是,振荡器与多级放大器的在开关机时还需要满足一定的时序关系。一般地,开机时,从振荡器往后逐级开启;关机时,从末级放大器向前,逐级关闭。时序关系错乱,可能导致激光器严重损坏,激光器内部通过光探测器(PD)监控和电控联锁以保证时序关系正常。

MOPA激光器的应用领域有哪些?

(一)表面处理(破坏表层)

01

脉冲激光器工作原理,激光工作原理3d演示(6)

阳极去除

阳极氧化材料通过激光去除表层氧化膜以达到导电或者标记功能,例如金属壳3C产品导电位打标以及LOGO标记等。

02

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镀层去除

使用激光将材料的镀层去除,并不伤及底层以达到隔绝或者增透目的,例如ITO镀层去除、汽车玻璃保护膜去除、手机套膜去除等等。

03

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