光纤/固体板混合皮秒脉冲系统在多晶金刚石加工中的应用

"这篇论文描述了一个用于多晶金刚石材料加工的高脉冲能量光纤/固体板混合皮秒脉冲系统，该系统基于全偏振保持（PM）光纤锁模激光器种子源，输出10皮秒脉冲，中心波长为1064纳米，脉冲能量为40微焦。在不稳定和稳定方向上的光束质量因子$M^2$分别为1.35和1.31。通过三倍频生成（THG）技术，产生了中心波长为355纳米、脉冲能量为15微焦的皮秒脉冲。该研究发表在《High Power Laser Science and Engineering》2018年第6卷，e18号，共7页。" 本文是关于高功率激光科学与工程领域的一个研究，详细介绍了开发的一种新型混合皮秒脉冲激光系统，特别适用于多晶金刚石的材料处理。系统的核心是全偏振保持（PM）光纤锁模激光器，这种激光器能够产生稳定的种子源，进而驱动混合光纤/固体板皮秒脉冲激光器。这种设计显著提高了激光系统的脉冲能量和光束质量。 1. **全偏振保持光纤模式锁定激光器**：全PM光纤模式锁定激光器是激光系统的关键组件，它能够维持激光脉冲的稳定偏振状态，从而确保激光输出的稳定性。这种激光器通过内部的特殊设计，使得激光在光纤中传播时保持特定的偏振方向，减少了因偏振变化引起的脉冲质量下降。 2. **混合光纤/固体板皮秒脉冲激光系统**：这种混合设计结合了光纤激光器的紧凑性和固体板激光器的高功率特性。光纤部分负责产生短脉冲，而固体板部分则用于放大这些脉冲，达到所需的高能量水平。这种结构有助于提高脉冲能量，同时保持良好的光束质量。 3. **10皮秒脉冲与40微焦能量**：产生的10皮秒脉冲具有40微焦的能量，这意味着每个脉冲的能量密度非常高，这在材料加工尤其是对金刚石这样的硬质材料进行精细加工时至关重要。短脉宽可以实现更高的峰值功率，从而在材料上产生更精确的局部加热和加工效果。 4. **三倍频生成（THG）**：通过非线性光学效应，将1064纳米的红外光转换为355纳米的紫外光。这种转换对于某些应用（如多晶金刚石的加工）至关重要，因为紫外光具有更好的材料吸收特性和更小的热影响区，可以实现更精确的加工。 5. **光束质量因子$M^2$**：1.35和1.31的$M^2$值表明激光光束的质量非常好，接近理想的单模激光器（$M^2$=1）。低$M^2$值意味着光束集中度高，能量分布更加集中，有利于提高加工效率和精度。 6. **实际应用与影响**：此研究的成果对于工业界，特别是在精密加工、微电子制造、材料科学等领域具有重要意义。高效的皮秒脉冲激光系统可以提升多晶金刚石的加工质量和速度，推动相关技术的发展。 这项工作展示了如何通过创新的激光系统设计，实现高效、高能量的皮秒脉冲，为多晶金刚石和其他硬质材料的精密加工提供了新的工具和技术。