調(diào)Q納秒脈沖激光器在工業(yè)中的應(yīng)用

激光（Laser）的誕生乃是上個(gè)世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的巨大飛躍，其發(fā)端源自受激輻射的光放大過程。它以其集合了相干性、量子性和非線性的卓越特性而引人注目。具體而言，激光呈現(xiàn)出四個(gè)重要的特征，每一個(gè)都彰顯其獨(dú)特之處：

• 方向性：幾乎可媲美理想的平行光線，激光束的發(fā)散角度可降至10-3 毫弧度級(jí)別，以維持其出眾的準(zhǔn)直特性
• 單色性和相干性：常見的氦氖激光的線寬與波長之比可達(dá)到10-11 ~ 10-13 的數(shù)量級(jí)
• 高亮度：常用的大功率釹玻璃激光的亮度比起日光還要高16 個(gè)數(shù)量級(jí)
• 高峰值功率密度：得益于超短脈沖技術(shù)的問世，激光能夠在極短的時(shí)間內(nèi)釋放巨大能量，使得其峰值功率密度達(dá)到了前所未有的水平

脈沖激光器作為一種獨(dú)特的激光器，其產(chǎn)生并輸出以脈沖形式呈現(xiàn)的激光光束。相較于連續(xù)激光器，脈沖激光器能夠在極短的時(shí)間內(nèi)釋放高峰值功率的激光脈沖。這使得脈沖激光器在科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)、通信、材料加工等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。脈沖激光器的獨(dú)特特性使其成為了現(xiàn)代技術(shù)和創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力，為眾多行業(yè)帶來了前所未有的機(jī)遇和突破。

01.脈沖激光器是如何工作的?

脈沖激光器與連續(xù)波激光器不同，其具有廣泛的應(yīng)用，包括材料加工、科學(xué)研究、醫(yī)療程序和電信。那么，脈沖激光器背后的關(guān)鍵原理包括哪些呢？

• 增益介質(zhì)：與連續(xù)波激光器類似，依靠增益介質(zhì)來放大光能量。
• 泵浦：脈沖激光器需要外部能量源來激發(fā)增益介質(zhì)中的原子或分子到更高的能量狀態(tài)。此過程被稱為“泵送”
• 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：泵浦過程在增益介質(zhì)中產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這意味著處于激發(fā)態(tài)的原子或分子比處于基態(tài)的要多
• 光學(xué)腔：與連續(xù)波激光器類似，脈沖激光器有光學(xué)腔，其光學(xué)腔由兩反射鏡組成。一面為全反射鏡，而另一面部分透明。這個(gè)空腔允許光來回反射，增強(qiáng)光的強(qiáng)度
• Q開關(guān)：Q開關(guān)是脈沖激光器工作的關(guān)鍵，它是一種暫時(shí)阻止激光到達(dá)高能量條件的技術(shù)
• 脈沖形成：一旦Q開關(guān)打開，高能量增益介質(zhì)釋放能量，形成短時(shí)間、高強(qiáng)度的激光脈沖
• 短脈沖持續(xù)時(shí)間：脈沖激光器產(chǎn)生非常短的脈沖，通常在納秒(10-9秒)或皮秒(10-12秒)范圍內(nèi)。短脈沖持續(xù)時(shí)間使其適用于材料燒蝕，精密加工和時(shí)間分辨光譜等應(yīng)用

02. 脈沖激光器的分類有哪些?

根據(jù)脈沖時(shí)間的不同，脈沖激光器可分為納秒脈沖激光器、皮秒脈沖激光器和飛秒脈沖激光器。

• 納秒脈沖激光器：

特性：發(fā)射納秒范圍內(nèi)的超短脈沖(10-9秒)，具有最小的熱影響

用途：材料加工、激光打標(biāo)、測(cè)距

• 皮秒脈沖激光器：

特性：釋放更短的脈沖在皮秒范圍(10-12秒)。熱影響及精度均衡

應(yīng)用：紋身去除，超快光譜

• 飛秒脈沖激光器：

特性：飛秒范圍內(nèi)的閃電脈沖(10-15秒)，適合完成最精細(xì)的任務(wù)

應(yīng)用：顯微外科、眼科矯正、材料消融

03. 什么是調(diào)Q技術(shù)?

Q開關(guān)（Q-switch）技術(shù)是一種在脈沖激光器中用于產(chǎn)生短而強(qiáng)的激光脈沖的技術(shù)。它代表“質(zhì)量轉(zhuǎn)換”。想象一下，一個(gè)水龍頭通常是開著的，讓水不斷流動(dòng)。相反，要產(chǎn)生水脈沖，你需要暫時(shí)關(guān)閉水龍頭，然后突然打開它。而Q開關(guān)有類似的作用：

• 暫時(shí)關(guān)閉：Q開關(guān)暫時(shí)阻止激光從激光腔中逸出，就像關(guān)閉水龍頭一樣
• 能量積累：當(dāng)激光被阻擋時(shí)，增益介質(zhì)(激光的“燃料”)中的能量繼續(xù)增加
• 突然釋放：當(dāng)能量達(dá)到較高水平時(shí)，“Q開關(guān)”迅速打開，使儲(chǔ)存的能量以短而強(qiáng)的激光脈沖的形式爆發(fā)出來

Q開關(guān)可使激光在如此短的時(shí)間間隔內(nèi)反復(fù)開關(guān)，產(chǎn)生高能量、短持續(xù)時(shí)間的激光脈沖，其在激光切割、打標(biāo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，我們可以想象成把一束穩(wěn)定的光變成強(qiáng)大的激光爆發(fā)。

04.調(diào)Q開關(guān)是如何實(shí)現(xiàn)的？

Q開關(guān)是一種用于脈沖激光器的光學(xué)裝置，它的主要作用是控制激光脈沖的產(chǎn)生。Q開關(guān)實(shí)現(xiàn)的方式可以分為兩種主要類型：電光學(xué)調(diào)Q（electro-optic Q-switching）和聲光學(xué)調(diào)Q（acousto-optic Q-switching）。

電光學(xué)調(diào)Q

工作原理：電光學(xué)Q開關(guān)利用電場(chǎng)的影響來調(diào)控光的傳播性質(zhì)。它通常包括一個(gè)透明晶體，如鋰鈉硫化鎂晶體，以及電極。當(dāng)電場(chǎng)被施加到這個(gè)晶體上時(shí)，它的光學(xué)特性會(huì)發(fā)生改變，使得光可以被阻止或通過。操作方式：在Q開關(guān)操作中，電場(chǎng)在晶體中被調(diào)制，將光束阻擋住，使其在激發(fā)介質(zhì)內(nèi)累積能量。一旦能量達(dá)到足夠高的水平，電場(chǎng)被移除或切斷，導(dǎo)致光脈沖的快速釋放。

聲光學(xué)調(diào)Q

工作原理：聲光學(xué)Q開關(guān)使用聲波的效應(yīng)來控制光的傳播。它包括一個(gè)晶體，通常是鋅硒或硅，以及聲波源。聲波通過晶體傳播時(shí)，會(huì)改變晶體的折射率，從而影響光的傳播。操作方式：在Q開關(guān)操作中，聲波源會(huì)發(fā)送聲波信號(hào)，改變晶體中的折射率，使光束在激發(fā)介質(zhì)中累積能量。當(dāng)達(dá)到所需的能量水平時(shí)，聲波源停止發(fā)出聲波，導(dǎo)致光脈沖的釋放。

05.脈沖激光器技術(shù)的限制

· 能量穩(wěn)定性：許多脈沖激光器受到能量穩(wěn)定性的限制。波動(dòng)或不穩(wěn)定的能量輸出可能不適用于某些應(yīng)用，如精確材料加工或醫(yī)學(xué)手術(shù)。·脈沖寬度：一些脈沖激光器的脈沖寬度較長，這可能限制了它們?cè)谛枰獦O短脈沖的應(yīng)用中的使用，例如高精度圖像處理或超快光譜學(xué)·光束質(zhì)量：光束質(zhì)量是一個(gè)關(guān)鍵因素，它受到某些脈沖激光器技術(shù)限制的影響。高質(zhì)量的光束對(duì)于一些應(yīng)用非常重要，如激光微加工和激光成像·成本：一些高性能脈沖激光器的成本較高，這可能對(duì)研究和商業(yè)應(yīng)用造成經(jīng)濟(jì)壓·可靠性：在一些情況下，脈沖激光器可能在長時(shí)間運(yùn)行或在惡劣環(huán)境條件下的可靠性受到限制

為了克服這些挑戰(zhàn)，虹科向您推薦：緊湊型亞納秒高能二極管泵浦固態(tài)激光器！

虹科亞納秒高能二極管泵浦固態(tài)激光器技術(shù)

虹科提供多種緊湊型亞納秒高能二極管泵浦固態(tài)激光器，我們專注Q開關(guān)、短脈沖（亞納秒、皮秒）激光器，滿足需要高脈沖能量和低重復(fù)率的應(yīng)用，包括LIBS、OLED修復(fù)和醫(yī)療應(yīng)用。我們的激光系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于不同波長（1064 nm、532 nm、355 nm、266 nm、1053 nm、1030 nm、1342 nm、671 nm、447 nm、914 nm 等），服務(wù)于科學(xué)研究、醫(yī)療設(shè)備制造、精密測(cè)量、雷達(dá)通信、材料加工、過程控制、在線檢測(cè)和其他相關(guān)領(lǐng)域的各種應(yīng)用。

01、二極管泵浦納秒/皮秒被動(dòng)調(diào)Q激光器

MPL2210系列 DPSS 被動(dòng)調(diào)Q皮秒激光器最高可在 100 Hz 重復(fù)頻率下提供 7 MW 高峰值功率。短激光腔固定在熱穩(wěn)定和受控的底板上，可提供極其穩(wěn)定的輸出參數(shù)性能。占用空間小更適合集成到OEM激光器中。脈沖持續(xù)時(shí)間低至250 ps，高脈沖能量在1064 nm波長處超過2 mJ，1 Hz至100 Hz的可變重復(fù)率在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中展現(xiàn)了極大的潛力。

02、二極管泵浦皮秒主動(dòng)調(diào)Q激光器

MPL15100系列堅(jiān)固耐用的DPSS主動(dòng)Q開關(guān)亞納秒激光器在700 Hz重復(fù)率下以不到700 ps的脈沖持續(xù)時(shí)間提供數(shù)kW的峰值功率（>1000 kW）。創(chuàng)新的短激光腔固定在熱穩(wěn)定和受控的底板上，可提供極其穩(wěn)定的輸出參數(shù)。亞納秒脈沖持續(xù)時(shí)間最低可調(diào)至700 ps，脈沖能量超過0.5 mJ，重復(fù)頻率高達(dá)1000 Hz且重復(fù)頻率可調(diào)，涵蓋了從 LIBS、LIF、光譜學(xué)等應(yīng)用。

03、Angis皮秒迷你脈沖激光器

Angis成為市場(chǎng)上第一臺(tái)皮秒迷你脈沖激光器，提供高達(dá)1 μJ的脈沖能量，脈沖持續(xù)時(shí)間最低可調(diào)至20皮秒，無需半導(dǎo)體調(diào)制器和模鎖定。這款超緊湊的激光器支持高達(dá)10 kHz的重復(fù)頻率，具備880納米泵浦激光器的被動(dòng)或主動(dòng)Q開關(guān)。Angis的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和系列生產(chǎn)確保卓越的性能和可靠性，為各種應(yīng)用領(lǐng)域提供了卓越的激光解決方案。

虹科高能二極管泵浦固態(tài)激光器的應(yīng)用

應(yīng)用1

激光表面清洗

（1）激光表面清洗原理：當(dāng)激光束照射到物體表面時(shí)，它產(chǎn)生的熱能或能夠引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，能夠?qū)⑽廴疚锼蓜?dòng)、擊碎、蒸發(fā)或剝離。這種無接觸、高效率的激光清潔技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如半導(dǎo)體制造、汽車制造、文物保護(hù)等。（2）激光表面清洗技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：

非接觸性：無需物理接觸，避免引起劃痕或磨損

高精度：集中能量準(zhǔn)確照射到目標(biāo)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)清洗

高效率：快速、高效去除污染物，無需拆解機(jī)械，減少清洗時(shí)間和成本

可控性：激光參數(shù)和能量可控，適應(yīng)不同材料和污染物的清洗需求

環(huán)保性：無需化學(xué)溶劑或清洗劑，減少污染

適用于高精度、難以清洗的部件，以及對(duì)環(huán)境友好和節(jié)約成本的清洗需求

應(yīng)用2

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）

（1） 什么是LIBS？

LIBS是一種分析化學(xué)成分的技術(shù)，它通過使用高能量激光脈沖照射在樣品上，將其轉(zhuǎn)化成等離子體，然后測(cè)量所產(chǎn)生的光譜，以識(shí)別樣品中的元素和其濃度。這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦物勘探等領(lǐng)域，因?yàn)樗軌蛱峁┛焖佟o需樣品處理的分析方法，適用于實(shí)驗(yàn)室和實(shí)地應(yīng)用。（2）LIBS具有哪些特點(diǎn)？

無需準(zhǔn)備樣品：無需進(jìn)行復(fù)雜的前處理，節(jié)省了時(shí)間和成本

非接觸性：無需直接接觸樣品表面，避免了污染和破壞

多元素分析：同時(shí)檢測(cè)多種元素，高靈敏度和快速分析

實(shí)時(shí)性：具備實(shí)時(shí)分析的能力，可在幾秒鐘內(nèi)提供結(jié)果

應(yīng)用3

激光疤痕修復(fù)

（1）原理：

• 激光能量吸收：激光光束中的能量被疤痕組織中的色素或水分吸收。這導(dǎo)致了局部溫度升高，促進(jìn)了疤痕組織的分解和重新排列

疤痕組織去除：高能量激光作用下，疤痕組織中的受損或異常組織開始分解和蒸發(fā)。這有助于去除疤痕的外觀，并為新組織生長留出空間

組織再生：激光照射后，皮膚開始自然愈合過程。身體會(huì)生成新的膠原蛋白和彈性纖維，幫助修復(fù)疤痕區(qū)域，使其逐漸恢復(fù)到與周圍正常皮膚相似的外觀和質(zhì)地

色素調(diào)節(jié)：某些激光疤痕修復(fù)方法還可以幫助減輕疤痕區(qū)域的色素不均勻，使其與周圍皮膚更加一致

（2） 激光疤痕修復(fù)具有哪些優(yōu)勢(shì)？

非侵入性：激光疤痕修復(fù)是一種非侵入性的方法，不需要手術(shù)或切割，減少了外科手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)和恢復(fù)時(shí)間

精確性：激光技術(shù)能夠精確照射到疤痕區(qū)域，最大程度地保護(hù)周圍正常組織，減少了損傷

無疤痕：治療后，通常不會(huì)留下明顯的手術(shù)疤痕，因?yàn)榧す馓幚碛兄诨謴?fù)皮膚的自然外觀

色素調(diào)節(jié)：某些激光疤痕修復(fù)方法可以幫助減輕疤痕區(qū)域的色素不均勻，使其與周圍皮膚更加一致

快速恢復(fù)：激光治療通常不需要長時(shí)間的恢復(fù)期，患者可以很快回到正?；顒?dòng)

適用廣泛：激光疤痕修復(fù)適用于多種類型的疤痕，包括燙傷疤痕、手術(shù)疤痕、痤瘡疤痕等

定制治療：激光參數(shù)可以根據(jù)疤痕的類型和嚴(yán)重程度進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的治療方案