当前位置:网站首页 > 技术资料 > 突破千万利润,又一新激光技术它来了——金刚石激光技术

突破千万利润,又一新激光技术它来了——金刚石激光技术

来源:www.laser08.com 时间:2022-05-11 点击:748
 突破千万利润,又一新激光技术它来了——金刚石激光技术。自1960年世界第一台激光器诞生以来,对激光光源的研究就没有停止过,重点是提高激光器性能、增加波长、提高效率和控制频率。光学、光束控制与控制、参数计量学和热控制等许多学科共同发展。
作为激光技术发展的重要领域,具有特定波长和频率特性的高功率激光器为人类实施星系研究、材料操纵、武器技术和高能物理等创新领域提供了激动人心的机遇,但它们面临着许多挑战。 .其中,由于功率放大过程中激光工作材料中热量积聚的增加引起的热透镜、热致双折射、光束畸变和光谱展宽等负面影响是限制性能提升的主要问题。
目前,通过优化泵浦的转换效率(如带状泵浦、谐振腔优化等),增大放大介质(如光纤、平板激光器等)的表面积,从而提高温度效率。系统的电导率(如水冷、液氮冷却等),是降低大功率激光器热影响的主要途径,但由于工作材料的性质,降低程度仍然有限​​。因此,寻找具有更好光学性能和更好热管理性能的光学材料成为显着提高高功率激光器功率极限和性能的重要途径。
作为一种重要的“碳材料”,金刚石不仅是一种非常天然的元素,而且具有非常高的热导率、非常宽的光谱透射范围和非常高的物理化学稳定性。 “最硬最锋利的工业牙齿”和“最好的半导体材料”,广泛应用于光学窗口、金刚石玻璃、热控、抛光研磨、电离辐射检测等领域。此外,具有独特非线性光学特性的金刚石激光器在拉曼和布里渊激光器领域具有非常显着的优势,为高功率激光器的发展开辟了新的机遇。
目前,人们使用金刚石来实现从深紫外辐射到可见、近红外和中红外光的波长的拉曼变换。打击的力量是一千瓦。在时间水平上,连续波工作是用飞秒脉冲在频率范围内实现的。从激光束获得纵向状态;拉曼振荡器也从传统的状态振荡器扩展为集成的单片振荡器;同时,通过金刚石的拉曼放大合成了高功率光束。此外,近年来,我们利用金刚石的布里渊特性,在可见光自由空间和近红外实现了布里渊激光,其功率比其他激光介质高10倍以上。放大和布里渊激光。时尚。切。
金刚石具有广泛的光谱透射率:从紫外线辐射到可见光,从红外线到无线电波,而金刚石晶体具有优异的热和非线性特性。因此,金刚石晶体可以为实现拉曼和布里渊激光器的高功率和高性能提供一种新的工具。
金刚石是已知晶体材料中拉曼频率变化最大(1332.3 cm-1)和拉曼增益最高(10 cm / GW at 1)m)的精细拉曼晶体。高热导率 (> 2000 W ∙ m-1 ∙ K -1) 和低热膨胀系数 (0.8 × 10-6 ° C-1) 使其成为保持高拉曼系数和高光束质量的理想选择激光性能的关键。
虽然拉曼激光的概念已经存在了半个多世纪,但由于合成金刚石单晶技术的成熟,金刚石作为拉曼激光放大器的研究和发展也只是近10年。 2004 年,Kaminsky 等人。来自俄罗斯科学院的 CVD 钻石中的受激拉曼扩散 (SCR) 现象。随后,英国、澳大利亚、德国等国的研究人员对金刚石拉曼激光器进行了定期研究。尽管基于硝酸钡、钨酸钡和钒酸钡等其他晶体的拉曼激光器的发展在此期间逐渐成熟,但金刚石拉曼激光器在波长延伸、独特纵向功率的增加和功能方面仍然具有独特的性能。辐射净化和辐射合成等领域发展迅速。
直接泵的连续/准连续运行
内部和外部拉曼振荡器是两种典型的拉曼激光器。不同之处在于激光工作材料和拉曼放大介质位于同一个振动腔中。与对晶体选择和振荡器范围要求更高的内腔拉曼激光器相比,外部拉曼振荡器的拉曼放大介质独立于激光振荡器,因此:
其泵浦源可覆盖广泛的激光器(如半导体激光器、光纤激光器、半导体激光器等),因此波长覆盖范围更广;
拉曼放大介质不受激光工作材料的限制,可以根据不同的泵浦波长和频移选择不同种类的拉曼放大手段,有效扩展了长度范围。拉曼激光波。
谐振腔结构更加灵活,基于不同的谐振腔镀层和结构,很容易获得不同类型的拉曼激光输出信号;
激光功率限制主要受拉曼放大介质和谐振腔本身的限制,晶体的热控制更简单。
因此金刚石拉曼激光器外腔在进行大功率操作方面具有很大的优势和便利性,因此研究人员对金刚石拉曼激光器外腔的大功率操作进行了大量的研究。 2014 年,威廉姆斯等人。来自麦考瑞大学,用于金刚石拉曼激光泵浦外腔的准连续激光器,拉曼激光输出功率最大为 108 W;并且首次使用实验现象(SBS)观察到钻石中布里渊的受激增殖。 2019年,麦考瑞大学安提奥夫等人创造了输出功率为1.2千瓦、倾斜效率高达83%的拉曼激光器。到目前为止,金刚石拉曼激光器的固定功率超过 kW。
除了在 CW 附近进行泵浦外,金刚石拉曼激光器在连续运行方面也取得了长足的进步。虽然金刚石拉曼激光器似乎相对落后于其他类型的拉曼激光器,但它们的输出功率增长非常迅速,每 2-3 个数量级增加一个数量级。年,其最大产量高于其他结晶。激光输出功率。尽管金刚石拉曼激光器目前可实现的功率低于光纤拉曼激光器,但由于金刚石优越的光学和热性能以及合成金刚石生长技术、热控制技术和发电方面的改进。泵浦,金刚石拉曼激光器具有真实性。 .范围更广的操作视角以获得更大的力量。
简易纵向处理法
由于拉曼放大不具有燃烧空间孔的效果,因此拉曼激光器可用于产生单纵模的激光辐射。结合金刚石晶体优异的光学特性,金刚石拉曼激光器在创造稳定的纵向单模激光器方面提供了独特的优势和发展机遇。研究人员对辐射波长可调的纵向模式金刚石拉曼激光器的输出功率进行了实验研究,同时单个纵向模式的输出功率也提高到了数万瓦。 . 2020 年,Lee 等人。麦考瑞大学利用环形谐振器结构获得了二阶拉曼激光器的输出功率,波长为 1101.3 nm,峰值功率为 140 mW。
金刚石拉曼激光技术是一种在可见光和近红外范围内高效产生单纵模高功率激光器的有效方法。目前,输出功率大于500W的光纤激光器是光纤该频段内大功率单纵向激光辐射的主要竞争对手——这就是光束质量和输出的信号质量。激光。金刚石快速散热的能力及其可调谐的受激布里渊扩散过程为在长态单激光器中实现更高功率同时保持良好的光束质量提供了一种很好的方法。
推荐视频/ Recommend videos
相关产品/ Related Products
行业资讯/ Industry information