結(jié)構(gòu)緊湊、高功率，以及高光束質(zhì)量的偏振激光器在諸如微加工和高效諧波生產(chǎn)等工業(yè)和研究領(lǐng)域的應(yīng)用需求正不斷增長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)晶體形狀、冷卻機(jī)制及諧振器設(shè)計(jì)等要素的優(yōu)化組合，類似InnoSlab 激光器和放大器之類的激光器產(chǎn)品呈現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn)：短脈寬、高峰值功率、高脈沖重復(fù)率和高平均功率下的高光束質(zhì)量。同時(shí)，他們還可以為光束形狀提供高度的靈活性，從圓形光束, 到線形一維和二維平頂光束，再到矩形光束等等，從而為門類廣泛的特殊應(yīng)用提供附加價(jià)值。
短脈沖激光器
為了以低成本實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì)量以及高輸出功率，人們提出了一種創(chuàng)新的板條激光器概念（InnoSlab）（圖1）。半導(dǎo)體（二極管）通過(guò)諧振腔腔鏡與它們的線型光束形狀進(jìn)行耦合。
圖1：端面泵浦板條和帶混合諧振器的電光調(diào)Q的InnoSlab 激光器的示意圖。
然后，一塊板條狀的有源晶振通過(guò)二極管與一塊通過(guò)兩側(cè)大表面進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻的薄晶體進(jìn)行局部泵浦，從而使垂直于激光束方向的熱流保持一維。這可以得到可控的熱柱面透鏡，并且不會(huì)發(fā)生去極化和相位變形等現(xiàn)象。
在該設(shè)置中，調(diào)Q脈沖由一個(gè)偏光器和一個(gè)普克爾盒（Pockels cell）生成。激光束多次穿過(guò)諧振器，并且可以在光腔鏡的邊緣上解耦，這與傳統(tǒng)的板條式CO2 激光器有些相似。
圖2： 電光調(diào)Q 的InnoSlab 激光器的定制光束形狀。
整個(gè)諧振器短于10cm，從而使脈寬低于10ns，并且獲得高峰值功率。 此外，光束形狀可以輕易變換，從圓形高斯, 到線型一維或二維平頂光束，定制的光束形狀是理想的工業(yè)應(yīng)用解決方案的基礎(chǔ)（圖2）。
調(diào)Q的InnoSlab激光器的參數(shù)包括：
◆脈沖能量達(dá)50mJ
◆光束質(zhì)量M2 <1.3
◆脈沖寬度至4ns
◆峰值功率達(dá)6MW
◆脈沖重復(fù)頻率達(dá)100kHz
◆平均功率達(dá)600W
◆ 可提供的波長(zhǎng)為1064nm,532nm,355nm和266nm
超短脈沖激光器
使用相同的泵浦方案、板條幾何形狀和光腔鏡配置，可以獲得優(yōu)異的多通道放大器（圖3）。InnoSlab激光放大器的優(yōu)勢(shì)包括其很大的放大系數(shù)、高效率的功率和能量提取、功率和能量的可升級(jí)性，以及播種屬性的保留（光束質(zhì)量，脈沖寬度等）。 這才使得超短脈沖能實(shí)現(xiàn)千瓦功率以及多毫焦耳的能量。
圖3：InnoSlab 激光放大器的示意圖
基于InnoSlab激光放大器的概念，引入了不同型號(hào)的超短脈沖激光器，其相關(guān)參數(shù)如下：
◆光束質(zhì)量M2<1.3
◆脈沖能量達(dá)2000μJ
◆脈寬至600fs
◆峰值功率達(dá)200MW
◆脈沖重復(fù)率達(dá)100MHz
◆平均功率達(dá)400W
◆可提供的波長(zhǎng)：1064nm,532nm,355nm和266nm
工業(yè)應(yīng)用示例
亞表面雕刻。通過(guò)將短脈沖激光束聚焦到玻璃塊中，脈沖能量在聚焦區(qū)被很大程度地吸收，從而引發(fā)材料的熔化和蒸發(fā)。由于與熔化和蒸發(fā)相關(guān)的機(jī)械應(yīng)力，在玻璃中產(chǎn)生了大小為100μm的裂紋，并被肉眼識(shí)別為標(biāo)記點(diǎn)。用這種方式，可以實(shí)現(xiàn)logo和商標(biāo)的亞表面打標(biāo)。
圖4：通過(guò)在玻璃中進(jìn)行精密鉆孔，可以得到與深度有關(guān)的橫截面的鉆孔（所示的孔用彩色液體填充以增加可視性）。
玻璃鉆孔。圖4顯示了通過(guò)正向消融方式加工玻璃的原理和可能性。 與亞表面雕刻相比，在玻璃切割和鉆孔時(shí)，焦點(diǎn)在于底部表面。以這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、可重復(fù)和高速的玻璃加工。 通過(guò)使用頻率為100kHz的調(diào)Q型InnoSlab激光器，可以實(shí)現(xiàn)的體積消融率>1.5mm3/s。該工藝已被用于淋浴器的玻璃板、玻璃蓋板以及太陽(yáng)能光電板上的接觸孔等鉆孔應(yīng)用領(lǐng)域。
切割和研磨玻璃。 使用高功率皮秒激光器并結(jié)合逐層消融工藝能夠?qū)崿F(xiàn)玻璃或藍(lán)寶石片的整體切割。 使用250W 的皮秒激光器可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)2mm3/s的體積燒蝕率（圖5）。
圖5：采用皮秒激光器進(jìn)行逐層消融加工，用于切割和研磨藍(lán)寶石，顯示的是通過(guò)功率（a）的體積燒蝕率和藍(lán)寶石表蓋（b）的示例。
切割透明和脆性材料。 一種類似于亞表面雕刻的工藝可用于分離透明和脆性材料，如玻璃和藍(lán)寶石。 該方法也稱為絲狀切割，廣泛應(yīng)用于藍(lán)寶石和玻璃板的分離。藍(lán)寶石或玻璃板的典型厚度<0.7mm。 切割邊緣質(zhì)量高，裂紋低于5μm。切割速度可達(dá)幾米/秒。
壓花圓柱雕刻。新型高功率超短脈沖激光光源的出現(xiàn)，推動(dòng)了使用皮秒激光器對(duì)大尺寸金屬表面進(jìn)行壓花和印刷等3D微結(jié)構(gòu)化應(yīng)用的
發(fā)展。
結(jié)論
InnoSlab激光器和放大器結(jié)合二極管泵浦，晶體形狀，散熱和諧振器設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)出以下極具優(yōu)勢(shì)的特征：短脈寬、高峰值輸出功率、高脈沖重復(fù)率，高平均功率下的高光束質(zhì)量和光束形狀的靈活性。
基于此設(shè)計(jì)，具有可量身定做和增值功能的短脈沖和超短脈沖激光器可被用于各種獨(dú)特的應(yīng)用，例如透明脆性材料的加工，微結(jié)構(gòu)的打造以及壓花圓柱體的雕刻等等。
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