激光器件有哪些？
激光器件有哪些
激光器件是一种能够产生激光的装置，它利用了物理原理来产生具有特定波长和相干性的光。这种装置通常由一个或多个激光器组成，每个激光器都由一个或多个光学元件组成，例如反射镜、透镜、光栅等......接下来具体说说
毫秒激光、纳秒激光、皮秒激光、飞秒激光，你分得清楚吗？
大家对激光加工并不陌生，但你对经常能听到的纳秒激光、皮秒激光、飞秒激光等，你是否能分得清呢？
▌ 我们先来搞清楚时间单位换算
1ms (毫秒)=0.001秒=10-3秒
1μs (微秒)=0.000001=10-6秒
1ns (纳秒)=0.0000000001秒=10-9秒
1ps (皮秒)=0.0000000000001秒=10-12秒
1fs (飞秒)=0.000000000000001秒=10-15秒
搞清楚了时间单位，我们就知道了飞秒激光是一种极其超短脉冲的激光加工。近十年来，超短脉冲激光加工技术取得突飞猛进的发展。
▌ 超短脉冲激光的意义
人们很早就尝试利用激光进行微加工。但是由于激光的长脉冲宽度和低激光强度造成材料熔化并持续蒸发，虽然激光束可以被聚焦成很小的光斑，但是对材料的热冲击依然很大，限制了加工的精度。唯有减少热影响才能提高加工质量。
当激光以皮秒量级的脉冲时间作用到材料上时，加工效果会发生显著变化。 随着脉冲能量急剧上升，高功率密度足以剥离外层电子。由于激光与材料相互作用的时间很短，离子在将能量传递到周围材料之前就已经从材料表面被烧蚀掉了，不会给周围的材料带来热影响，因此也被称为“冷加工”。凭借冷加工带来的优势，短与超短脉冲激光器进入到工业生产应用当中。
激光加工：长脉冲 VS 超短脉冲
超短脉冲加工能量极快地注入很小的作用区域，瞬间高能量密度沉积使电子吸收和运动方式发生变化，避免了激光线性吸收、能量转移和扩散等影响，从根本上改变了激光与物质相互作用机制。
长脉冲激光加工后的部位
超快激光脉冲加工后的部位
▌ 激光加工的广泛应用
激光加工包含高功率切割、焊接；微加工之钻孔、划线、切割、纹理、剥除、隔离等，各种激光加工手段的主要用途有：
1. 钻孔
电路板设计中人们开始用陶瓷基底代替常规的塑料基底以实现更好的导热效果。为了连接电子元件，一般需要在板上钻高达数十万个μm级的小孔。因此保证基底的稳定性不会受到钻孔过程时热输入的影响就变得十分重要，皮秒激光正是这个应用的理想工具。
皮秒激光能以冲击钻探的方式完成孔的加工，并保证孔的均匀性。除了电路板，皮秒激光还可以对塑料薄膜、半导体、金属膜和蓝宝石等材料进行高质量钻孔。
100μm不锈钢薄片，钻孔，3.3ns vs 200fs ，1万个脉冲，烧蚀阈值附近：
2. 划线，切割
通过扫描的方式叠加激光脉冲可以形成线。通常要通过大量的扫描可以深入到陶瓷内部，直到线的深度达到材料厚度的 1/6。然后沿着这些刻线从陶瓷基底上分离单个模块。这种分离方法叫做划线。
另一种分离方法是使用超短脉冲激光烧蚀切割，也称为消融切割。激光对材料进行烧蚀，去除材料直到它被切透。这个技术的好处是加工的孔的形状和尺寸具有较大的灵活性。所有的工艺步骤可以通过一台皮秒激光器完成。
皮秒激光和纳秒激光在聚碳酸酯材料上进行划线加工的不同效果。
3. 线烧蚀（去除镀层）
另外一种经常被视作微加工的应用是在不损害或轻微损害基底材料的情况下精确去除涂层。烧蚀既可以是几微米宽的线，也可以是几平方厘米的大面积去除。
由于涂层的厚度通常远小于烧蚀的宽度，以至于热量不能在侧面传导。因此可以使用纳秒级脉冲宽度的激光。
高平均功率激光、方形或矩形传导光纤、平顶光强分布，这几项技术的结合使得激光面烧蚀得以在工业领域得到应用。例如：使用通快公司的 TruMicro 7060 激光器去除薄膜太阳电池玻璃上的涂层。同样的激光器也可以应用在汽车工业中对抗腐蚀涂层进行去除，为后续焊接做准备。
4. 表面结构化
结构化可以改变材料表面的物理特性。根据荷花效应，疏水性表面结构让水从表面流掉。用超短脉冲激光器在表面创造亚微米结构可以实现这个特性，并可以通过改变激光参数对所要创造的结构进行精确控制。
相反的效果，例如亲水性表面，同样可以实现，而且微加工还可以创造更大尺寸的结构。这些工艺可以用于发动机中的油箱来制造一些降低磨损的微结构，或者在金属表面结构化实现与塑料的焊接。
5. 雕刻成型
雕刻成型是通过烧蚀材料创造三维形状。尽管烧蚀的尺寸可能会超过传统意义上所说的微加工的范畴，但是它所需的精度还是使它被划分到这类激光应用领域。皮秒激光可以用于加工铣床的多晶金刚石刀具边缘。
激光是加工多晶金刚石的理想工具，多晶金刚石是可以制作铣刀刀刃的极为坚硬的材料。使用雕刻成型技术来加工铣刀的切屑槽和齿，这种情形下激光的好处是非接触和高加工精度。
微加工具有非常广阔的应用前景，越来越多的生活用品正通过激光微加工进入我们的视野。
激光器件的基础知识解析
激光器件光纤通信所需的光源，应是可高速调制的光源，以便载送大容量信息。如激光器和发光管。所谓“调制”就是按照所要传输的信息来改变光的强度等，以承载信息。
起源与发展
光纤通信所需的光源，应该是可高速调制的光源，以便载送大容量信息。如激光器和发光管。所谓“调制”就是按照所要传输的信息来改变光的强度等，以承载信息。 1960年迈曼（Maimen）发明红宝石激光器。激光（Laser）与通常的光线的不同之处主要在于激光的光频非常单纯，具有线状谱线，光学中称为相干光，最适合做光纤通信的光源。而通常的光线的光频十分杂乱，它包含许多波长。而通常的光线的光频十分杂乱，它包含许多波长。相干光的特点是光能集中，是发散角很小，近似平行光。在红宝石激光器发明后，各色各样的激光器相继诞生： 有气体激光器，如氦氖激光器；有固体激光器，如YAG铱铝石榴石激光器；有化学激光器；染料激光器等。其中半导体激光器 最适合作 光纤通信的光源，它的体积小，效率高，它的波长同光纤的低损失窗口相适合。但半导体激光器的制造工艺十分复杂，需要在极高纯度无缺陷的衬底材料上外延生长5层掺杂的半导体，再在上面光刻微米尺寸的光波导，其难度与光纤相比，有过之而无不及。于70年代末，室温连续工作长寿命的半导体激光器终于制成。1976年，在美国亚特兰大至华盛顿建立了世界上靠前个实用化的光纤通信线路。此时半导体激光器尚未过关，光源是采用半导体发光管。在80年代初，单模光纤和激光器已经成熟，从此光纤通信大容量的优越性逐步得到发挥。
半导体激光器发出的光，谱线很纯，能量集中，光束很细，能高效率地射人芯直径仅8微米的单模光纤中。当今的高速光纤通信系统部采用半导体激光器做光源。
原理
最简单的半导体激光器结构如图1所示。它由5层半导体构成，中间的有源层掺有活性物质。在两电极上注入电流后，使有源层里活性物质的原子中的电子由低能态激发到高能态。这些高能态的电子从高能态还原为低能态时会发出光，这称为自发辐射。自发辐射的光并不很纯，即它包含的谱线较宽。如果自发辐射的光很强，这些光在半导体两镜面内来回反射。在此过程中。对于相位一致的各光能，能量叠加而越来越大；对于相位不一致的各光能，能量互相削弱而越来越小。能量会按照半导体两镜面构成的腔体转换为某特定波长的光能，当它发生振荡时使形成激光。激光是由所谓受激辐射发生的。半导体的镜面是光洁和半透明的，激光可从镜面输出。限制层的作用是使光能集中在有源层内、以提高效率。半导体激光器发出的激光的光波长主要取决于半导体的材料和镜面的距离。
应用
激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、光纤传感、工业加工、医疗、军事等领域取得了日益广泛的应用。
在通信方面，激光器提供的1.30微米和1.55微米波段的激光是通信的两个低损耗窗口。激光器不仅能产生连续激光输出，而且能实现ps-fs超短光脉冲的产生，在DWDM系统有巨大的潜在应用。激光器使通信系统有更高的传输速度，更远的传输距离，起着不可替代的作用。
在传感方面，激光器用于相位型、波长型、光强型和偏振态型光纤传感中。在石油或天然气井中可测量温度和压力；在道路、桥梁和船壳中可测量应变；在飞机机翼中进行飞行健康监控；还能应用于光纤水听器和电流传感中。
在工业方面，激光器已经在金属和非金属材料的加工与处理、激光雕刻、激光产品打标、激光焊接、焊缝清理、精密打孔和激光图形艺术成像等方面很有作为。
在医疗方面，激光器因其体积小、光纤柔软性好，光束质量好，且不需冷却系统，已经得到了广泛的应用。光纤激光器使能缩短组织脱落和光致凝结的手术时间：同时使得眼科疾病如角膜成形、近视、远视等的治愈成功率大大提高。还在整容、切除肿瘤、治癌、皮肤病方面扮演重要的角色。
在军事方面，高功率激光器以其高亮度，小照射面积，体积小而倍受青睐。作为武器可以精确的瞄准打击并摧毁目标，另外在定位、测距、遥感、跟踪制导、激光雷达系统传感技术和空间技术等方面有着重要意义。
特点
光纤激光器近几年倍受关注，成为大家研究的重点，这是因为它早有其它激光器所无法比拟的优点，主要表现在：
（1） 光束质量好，具有非常好的单色性、方向性和稳定性；
（2） 光纤既是激光增益介质又是光的导波介质，因此泵浦光的祸合效率相当的高，纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，加之光纤激光器能方便地延长增益长度，以便使泵浦光充分吸收，而使总的光一光转换效率超过60%;
（3） 基质材料是Si02，具有极好的温度稳定性；而光纤的圆柱形结构具有较高的表面积/体积比，散热快，环境温度允许在-20-+7000C，它的工作物质的热负荷相当小，无需冷却系统，能产生高亮度和高峰值功率，己达140mw/cm2;
（4）体积小，结构简单，工作物质为柔性介质，可设计得相当小巧灵活，使用方便，易于系统集成，性价比高； （5） 作为激光介质的掺杂光纤，掺杂稀土离子拥有极为丰富的能级结构，能级跃迁覆盖了从紫外到红外很宽的波段，可实现激光振荡的跃迁能级很多。可在很宽光谱范围内（455-3500nm）设计运行，加之玻璃光纤的荧光谱相当宽，**适当的波长选择器即可得到可调谐光纤激光器，调谐范围己达80nm;
（6） 硅光纤的工艺现在已经非常成熟，因此可以制作出高精度，低损耗的光纤，大大降低激光器的成本。
（7） 与常规传输光纤在材料和几何尺寸上具有自然的通融性和兼容性，因此易于进行光纤集成，祸合损耗低，使用方便。
（8） 可在恶劣的环境条件下工作，如高冲击、高震动、高温度等。
激光器件的发展与应用
激光器件是一种能够产生激光的装置，它利用了物理原理来产生具有特定波长和相干性的光。这种装置通常由一个或多个激光器组成，每个激光器都由一个或多个光学元件组成，例如反射镜、透镜、光栅等。这些元件可以控制激光的波长、功率和相干性，使其适合于不同的应用。
激光器件可以应用于许多领域，例如通信、医疗、军事、制造等。在通信领域，激光器件可以用于光纤通信，将信息传输到远距离的地方。在医疗领域，激光器件可以用于治疗各种疾病，例如眼科疾病、皮肤疾病等。在军事领域，激光器件可以用于制造武器，例如激光武器。在制造领域，激光器件可以用于加工各种材料，例如金属、塑料等。
激光器件的发展历程可以追溯到20世纪60年代，当时激光器首次被发明出来。自那时以来，激光器件已经经历了许多改进和发展，使其能够产生更强大、更稳定、更相干的光。随着技术的不断进步，激光器件的应用也越来越广泛，使其成为现代社会中不可或缺的一部分。
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