超短脉冲激光器的光纤方案

在工业应用中，超短脉冲激光器与连续波操作具有相同的优势，插座效率高，尺寸小，需要的维护少，可靠性高。脉冲能量的限制主要来自光纤本身。单模光纤的中心直径为10-20 μm，这等于许多微加工应用中所选用的光斑尺寸。这样，我们必须在一定范围内操作，使得光纤的非线性效应和吸收不会影响脉冲的特性，仍然保持目标烧蚀时的最佳条件。在实际操作中，很难在“标准”光纤内提高超短脉冲的能量而超过5-10 μJ范围，甚至在皮秒范围也不能实现。在飞秒光纤激光器的情况下，光纤内的脉冲宽度必须先被展宽，然后输出光纤后被压缩，以实现实际的脉冲能量（啁啾脉冲放大，CPA）。

超短脉冲光纤激光器在连续波（CW）的模式下可以实现很高的功率。准连续波（QCW）模式意味着很高的重复频率（≥100 MHz），在这种情况下，材料烧蚀的反应时间要比脉冲之间的间隔要长。所以，激光与材料的相互作用接近CW激光器的情况。超短脉冲光纤激光器的锁模过程在这个重复频率范围内十分简便，提供了最简单的脉冲输出技术。为了优化材料加工时加工速度与质量的关系，必须降低重复频率，因此，可以使用所谓的“脉冲选择”方案，能够将重复频率从百MHz降到MHz范围。目前，对于不同材料来说，非QCW重复频率的最大值尚未得到确定。作为经验法则，重复频率高于1 MHz时，等离子体屏蔽现在开始出现。不过，烧蚀率持续非线性的增加，直到至少10MHz处。频率范围在1-10MHz、脉冲能量为5-10 μJ的超短脉冲光纤激光器提供了很高的平均功率（5-100W）和材料去除率（光斑大小在5-10 μm）。薄膜的制图通常需要很高的扫描速度（1-100 m/s），以便在大规模生产中能更经济。超短脉冲激光器在这些应用中表现出众。