超短脉冲激光器的基础知识

更新时间：2025-12-24

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什么是超短脉冲激光器？

超短脉冲激光器指的是单脉冲宽度（时间范围）从几皮秒到几飞秒的激光器。皮秒是一个时间单位，大约是1万亿分之一秒。另一方面，飞秒也是时间单位之一，约为万亿分之一秒的千分之一。

据说光的速度约为每秒30万公里。然而，光在1皮秒内传播的距离约为0.3毫米，光在1飞秒内的距离约为0.3微米。

这表明超短脉冲激光器的时间跨度非常短。脉冲是指在短时间内发生显著变化的信号。

超短脉冲激光器由于脉冲极短，对激光处理区周围区域几乎没有热效应。此外，它还能在多种材料上进行高质量激光加工。

超短脉冲激光器具有高峰值强度，由于多光子电离引起的非线性吸收，可以强吸收透明材料，或因强电场导致隧穿电离。

然后，通过将飞秒激光光聚焦在透明材料内部，可以对材料内部进行三维处理。

此外，加工材料可以从高硬度钻石到低硬度玻璃、软树脂、复合材料、石英和陶瓷等多种材料。

超短脉冲激光器产生的热量非常少，因此不会产生毛刺，且可以微米单位进行调节。这允许精细加工，如钻孔、修整和微纹理。

此外，飞秒脉冲激光器能比皮秒脉冲激光器执行更精确的处理。

然而，纳秒脉冲激光器会引起毛刺，因为它们不仅受热量影响。

激光振荡方法主要有两种类型：连续振荡和脉冲振荡。具有连续振荡机制的激光器称为CW（连续波）激光器，激光连续振荡。

另一种称为脉冲激光器，激光器是间歇性振荡的。

此外，脉冲振荡还有多种机制，如直接调制、外部调制、Q开关法和模态同步法，且每种方式产生的脉冲宽度各不相同。

在超短脉冲激光器中，通常采用模态同步方法，脉冲宽度处理皮秒和飞秒。由于时间与频率之间的傅里叶变换关系，为了产生超短脉冲，必须保持足够的光谱扩散与其相位之间的恒定关系。创建该条件的最佳方法是模式同步方法。

模式同步方法通常有两种类型：强制模式同步和被动模式同步（自模式同步）。

超短脉冲激光器的脉冲宽度小于皮秒，位于飞秒区，由于其结构，它们是最昂贵的激光器之一。

振荡波长范围从1微米的基本波长到2倍波的绿波和3倍的紫外波。此外，还有适合微加工的产品和用于科学研究的产品，价格区间通常为数千万日元。