激光器歷史發(fā)展

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激光的英文laser 這個(gè)詞是由開(kāi)始的首字母縮略詞LASER演變而來(lái)，LASER的意思是“受激輻射光放大器”英文的單詞的縮寫(xiě)簡(jiǎn)略。激光技術(shù)中的關(guān)鍵概念早在1917年愛(ài)因斯坦提出“受激輻射”時(shí)已經(jīng)開(kāi)始建立起來(lái)了，激光這個(gè)詞曾經(jīng)飽受爭(zhēng)議；Gordon Gould是記載中個(gè)使用這個(gè)詞匯的人。1953年，美國(guó)物理學(xué)家查爾斯·哈德·湯斯和他的學(xué)生阿瑟·肖洛制成了臺(tái)微波量子放大器，獲得了高度相干的微波束。1958年，C.H.湯斯和A.L.肖洛把微波量子放大器原理推廣應(yīng)用到光頻范圍。1960年，T.H.西奧多·梅曼制成了臺(tái)紅寶石激光器。2013年，南非科學(xué)與工業(yè)研究人員開(kāi)發(fā)出世界個(gè)數(shù)字激光器，開(kāi)辟了激光應(yīng)用的新前景。激勵(lì)抽運(yùn)系統(tǒng)是指為使激光工作物質(zhì)實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而提供能量來(lái)源的機(jī)構(gòu)或裝置。研究成果發(fā)表在2013年8月2日英國(guó)《自然通訊》雜志上。

納秒激光器

二極管泵浦固態(tài)（DPSS）激光器是在20世紀(jì)90年代末被首先引入工業(yè)環(huán)境的。當(dāng)時(shí)，首臺(tái)此類(lèi)激光器僅具有幾瓦的低輸出功率，其波長(zhǎng)為355nm。在二極管泵浦之前，使用燈泵浦可獲得激光，但是這類(lèi)激光器是非常不可靠的。Nd:YAG（摻釹釔鋁石榴石）：較常用的固體激光器，工作波長(zhǎng)一般為1064nm，這一波長(zhǎng)為四能級(jí)系統(tǒng)，還有其他能級(jí)可以輸出其他波長(zhǎng)的激光。當(dāng)時(shí)，幾瓦的納秒紫外光的成本超過(guò)10萬(wàn)美元。

隨后，納秒激光器的市場(chǎng)變得越來(lái)越成熟，而這些激光器現(xiàn)在也可以從許多不同的制造商（提供紅外、可見(jiàn)和紫外波長(zhǎng)）處購(gòu)買(mǎi)到，10W紫外輸出功率的納秒激光器的價(jià)格低于5萬(wàn)美元。在大多數(shù)情況下，這些激光器的脈沖持續(xù)時(shí)間介于幾十到幾百納秒的范圍內(nèi)。

超快激光的特點(diǎn)、應(yīng)用及市場(chǎng)前景分析

實(shí)際上，納秒、皮秒、飛秒都是時(shí)間單位，1ns＝10-9s，1ps＝10－12s，1fs＝10－15s。這個(gè)時(shí)間單位，表示的是一個(gè)激光脈沖的脈沖寬度，簡(jiǎn)言之就是在如此短暫的時(shí)間內(nèi)輸出一個(gè)脈沖激光。由于其輸出單脈沖時(shí)間非常非常短，因此這樣的激光稱為超快激光。⑤自由電子激光器，這是一種特殊類(lèi)型的新型激光器，工作物質(zhì)為在空間周期變化磁場(chǎng)中高速運(yùn)動(dòng)的定向自由電子束，只要改變自由電子束的速度就可產(chǎn)生可調(diào)諧的相干電磁輻射，原則上其相干輻射譜可從X射線波段過(guò)渡到微波區(qū)域，因此具有很誘人的前景。當(dāng)把激光能量集中在如此短的時(shí)間內(nèi)，會(huì)獲得巨大的單脈沖能量和極高的峰值功率，在進(jìn)行材料加工時(shí)，會(huì)很大程度上避免長(zhǎng)脈寬、低強(qiáng)度激光造成材料熔化與持續(xù)蒸發(fā)現(xiàn)象（熱影響），可以大大提高加工質(zhì)量。

在工業(yè)上，通常將激光分成連續(xù)波（CW）、準(zhǔn)連續(xù)（QCW）、短脈沖（Q－Switched）、超短脈沖（Mode－Locked）四類(lèi)。連續(xù)波以多模連續(xù)光纖激光器為代表，占據(jù)了當(dāng)前工業(yè)市場(chǎng)的大部分份額，廣泛應(yīng)用于切割、焊接、熔覆等領(lǐng)域，具有光電轉(zhuǎn)換率高、加工速度快等特點(diǎn)。準(zhǔn)連續(xù)波又稱長(zhǎng)脈沖，可產(chǎn)生ms～μs量級(jí)的脈沖，占空比為10％，這使得脈沖光具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值功率，對(duì)于鉆孔、熱處理等應(yīng)用來(lái)說(shuō)非常有利。短脈沖指的是ns量級(jí)的脈沖，廣泛的應(yīng)用于激光標(biāo)刻、鉆孔、激光測(cè)距、二次諧波的產(chǎn)生、軍事等領(lǐng)域。但由于其介質(zhì)壽命短，輸出功率受限，基本被鈦藍(lán)寶石等波長(zhǎng)可調(diào)的固體激光器取代。超短脈沖則是我們所說(shuō)的超快激光，包括達(dá)到ps、fs量級(jí)的脈沖激光。