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圖1. 卓立漢光FFL-20光纖飛秒激光器
首先，我們卓立漢光公司在旗下的瞬態(tài)熒光光譜系統(tǒng)，寬場(chǎng)瞬態(tài)吸收光譜系統(tǒng)/顯微光譜成像系統(tǒng)，基于條紋相機(jī)的瞬態(tài)光譜測(cè)試系統(tǒng)里面均有飛秒激光器的配置選項(xiàng)，比如飛秒激光振蕩器，飛秒激光放大器，飛秒OPA波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器等。在這里，我們并不限定一定用國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口的飛秒激光器，同樣不限定是采用鈦寶石飛秒激光還是光纖飛秒激光。實(shí)際上，我們多次集成了國(guó)際頂尖的進(jìn)口飛秒激光器或者飛秒OPA，糅合進(jìn)我們的系統(tǒng)提供給客戶。簡(jiǎn)而言之，一切從客戶的需求和已有資源出發(fā)，我們可以很開放的和您討論：
l 針對(duì)您的現(xiàn)在與未來(lái)的應(yīng)用，選擇哪些激光器與周邊設(shè)備較為適合。
l 基于您劃定已有明確意向的激光器型號(hào)，或者您劃定做重點(diǎn)參考的科學(xué)文獻(xiàn)，卓立漢光和您討論是否可以完成從零開始的設(shè)備整合，給您提交一個(gè)甚至細(xì)化到軟件的打包系統(tǒng)。
l 針對(duì)您實(shí)驗(yàn)室已有的飛秒激光器，討論是否可以根據(jù)您的設(shè)想，配套或升級(jí)一個(gè)新的超快測(cè)試模組。
在這些情況下，激光器無(wú)論國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口的，無(wú)論是客戶已擁有還是意向的，肯定都是可以討論并可能采用的。
進(jìn)一步，卓立漢光為什么會(huì)采用光纖飛秒激光器？
和光纖飛秒激光器做比較的大多是傳統(tǒng)的鈦寶石飛秒激光器。先說結(jié)論：一般而言，如果您的應(yīng)用從參數(shù)看可以采用基于光纖架構(gòu)的飛秒激光器，或者是您為開展新工作而收集到的參考文獻(xiàn)中有提及采用過光纖飛秒激光器，您都不妨把光纖飛秒激光器作為重點(diǎn)考慮對(duì)象。
l 光纖飛秒激光器可做到客戶無(wú)需激光專業(yè)背景，即插即用，免維護(hù)，無(wú)需超凈恒溫環(huán)境。
對(duì)于擁有飛秒激光器的單位比如超快光譜實(shí)驗(yàn)室來(lái)說，傳統(tǒng)上被認(rèn)為肯定擁有恒溫恒濕的超凈間；這還不夠，對(duì)于傳統(tǒng)鈦寶石類超快激光，運(yùn)氣不好的話，功率掉了，模式鎖不住了，還需要有專人給調(diào)回來(lái)。做一個(gè)相對(duì)片面的解釋，從工作機(jī)理而言，所有的激光器都需要達(dá)到一個(gè)熱平衡，才能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間且穩(wěn)定的輸出。激光器本體發(fā)熱與散熱達(dá)到平衡，且無(wú)懼環(huán)境擾動(dòng)這個(gè)要求說起來(lái)簡(jiǎn)單，能做到且能做好的就相當(dāng)不容易了。這就是相干，光譜物理這樣的鈦寶石飛秒激光器一線大廠一貫以來(lái)受到用戶推崇原因。您確實(shí)可以看到比這“御兩家”頂流公司脈寬更短，能量更高的鈦寶石激光器競(jìng)品，建議您提前做好準(zhǔn)備，可能這臺(tái)激光器會(huì)相對(duì)更難伺候，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境要求更高（恒溫，干燥肯定是必要的；空調(diào)不能直吹激光器，哪怕空調(diào)風(fēng)側(cè)著掃過都不允許，因?yàn)榭赡茉诩す馄鞅倔w上產(chǎn)生局部的溫度梯度）。說回光纖飛秒激光器，相對(duì)而言，光纖飛秒激光器在獲得與保持熱平衡的機(jī)理上就比鈦寶石激光器優(yōu)秀很多。在這里有一個(gè)簡(jiǎn)易的參數(shù)，就是增益介質(zhì)的表面積與體積比；增益介質(zhì)的表面積/體積數(shù)值越大，就越容易設(shè)計(jì)與制造散熱控溫機(jī)構(gòu)。比如同樣是激光增益介質(zhì)，鈦寶石是塊狀體材料，而光纖材質(zhì)長(zhǎng)，細(xì)且柔軟。相比較而言，光纖的散熱表面積/體積比值遠(yuǎn)大于鈦寶石；柔軟的光纖可以方便的盤在散熱熱沉上，再加上光纖相對(duì)較細(xì)，在整個(gè)散熱截面上就不容易出現(xiàn)熱梯度；具備散熱與控溫結(jié)構(gòu)上的巨大先天優(yōu)勢(shì)，這就帶來(lái)兩個(gè)好處：一個(gè)是自身容易達(dá)到且保持熱平衡，二是就算外界環(huán)境出現(xiàn)熱擾動(dòng)，對(duì)于光纖增益介質(zhì)幾乎不會(huì)產(chǎn)生干擾，不會(huì)出現(xiàn)諸如“熱透鏡”等現(xiàn)象。光纖飛秒激光器抗環(huán)境干擾，工作穩(wěn)定，需要重調(diào)和維護(hù)的可能性就小很多，也不再要求高級(jí)的恒溫恒濕與超凈環(huán)境，用戶友好度上是可以說是乘數(shù)倍的提升。
l 較高端的光纖飛秒激光器的脈沖寬度和重復(fù)頻率是可調(diào)的。(以卓立漢光的FFL-20光纖飛秒激光器-圖1為例），脈沖寬度350fs-10ps可調(diào)，激光重復(fù)頻率單發(fā)-1MHz可調(diào)。很簡(jiǎn)單，還是如前所言，激光器要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出，就需要保持一個(gè)穩(wěn)定的熱平衡。當(dāng)一臺(tái)脈沖激光器在脈沖寬度或者重復(fù)頻率發(fā)生變化時(shí)，激光增益介質(zhì)本身的熱平衡就會(huì)發(fā)生變化，而光纖飛秒激光器在散熱與控溫架構(gòu)上做到好的設(shè)計(jì)與制造工藝后，就可以保證激光器本身迅速的達(dá)到新的熱平衡且保持穩(wěn)定。
卓立漢光FFL-20光纖飛秒激光器與ST-10條紋相機(jī)搭配系統(tǒng)
圖2.卓立漢光ST-10條紋相機(jī)+Omni-300光柵光譜儀
卓立漢光ST-10條紋相機(jī)參數(shù)
卓立漢光FFL-20光纖飛秒激光器與參數(shù)
從實(shí)際應(yīng)用來(lái)分析，以卓立漢光ST-10基于條紋相機(jī)的瞬態(tài)光譜測(cè)試系統(tǒng)為例，條紋相機(jī)的特點(diǎn)是可以測(cè)單發(fā)不重復(fù)現(xiàn)象，僅僅一個(gè)脈沖所激發(fā)出的瞬態(tài)光譜的光譜軸和壽命軸可以被條紋相機(jī)同時(shí)采集下來(lái)，而卓立漢光FFL-20光纖飛秒激光器也可以做單發(fā)觸發(fā)，并和ST-10條紋相機(jī)嚴(yán)格同步，測(cè)試此類單發(fā)不重復(fù)現(xiàn)象。而進(jìn)一步的，F(xiàn)FL-20光纖飛秒激光器也可以調(diào)諧到指定重復(fù)頻率，我們知道，重復(fù)頻率越高，則可以做到更多的積分平均以提升光譜采集信噪比。以上是調(diào)諧重復(fù)頻率的意義。
另外，飛秒激光脈沖的峰值功率密度是很高的，往往超過樣品的損傷閾值，此時(shí)可以適當(dāng)調(diào)寬激光的脈沖寬度以保護(hù)樣品。從條紋相機(jī)瞬態(tài)光譜采集分辨率為5ps來(lái)看，將激光脈沖寬度調(diào)節(jié)到1ps不會(huì)影響系統(tǒng)的時(shí)間分辨率。簡(jiǎn)單講，對(duì)于不同樣品而言，漂白閾值或者講損傷閾值也是不一樣的；而脈沖寬度與激光峰值功率密度強(qiáng)相關(guān)，脈沖重復(fù)頻率與激光平均功率密度強(qiáng)相關(guān)，激光器自身的脈沖寬度和重復(fù)頻率可調(diào)的話，可以做到對(duì)于不同材料某種形式的*優(yōu)化激發(fā)。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于激光器一機(jī)多用，同時(shí)也希望做一些超快激光加工實(shí)驗(yàn)的客戶而言則更為重要，我們知道，同樣的冷加工，皮秒激光的加工效率往往是高于飛秒激光的；而脈沖寬度可調(diào)，重復(fù)頻率可調(diào)，就可以給使用者更大的自由的摸索最佳加工工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳加工質(zhì)量的同時(shí)保證最佳加工效率。
再進(jìn)一步，卓立漢光為什么會(huì)有國(guó)產(chǎn)化光纖飛秒激光器的解決方案。
當(dāng)然，最容易理解的原因就是我們國(guó)產(chǎn)光纖飛秒激光器有重大的節(jié)省預(yù)算優(yōu)勢(shì)。
進(jìn)口飛秒激光器乃至一些頂尖的光纖飛秒激光器交貨期很長(zhǎng)，甚至由于某些國(guó)家間利益或是意識(shí)形態(tài)的沖突，中國(guó)的客戶往往會(huì)受到進(jìn)口/出口許可的限制。在這些情況下，在某些參數(shù)上做某種程度的妥協(xié)，或者說在實(shí)踐驗(yàn)證中，我們國(guó)產(chǎn)設(shè)備的性能就已經(jīng)可以滿足需要時(shí)，采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備就是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)且有效的選擇了。另外，當(dāng)我們國(guó)產(chǎn)設(shè)備做的足夠好時(shí)，哪怕是存在中外公司間甚至是國(guó)家間的利益沖突，別人也會(huì)考慮降低出口許可限制和降價(jià)的，不是么？
相對(duì)而言，國(guó)產(chǎn)化的光纖飛秒激光器更容易追趕世界頂尖光纖飛秒激光器的腳步。我們知道，從市場(chǎng)角度看，整個(gè)激光器產(chǎn)業(yè)的規(guī)模再大，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如光纖通信產(chǎn)業(yè)的規(guī)模，基于光纖通信產(chǎn)業(yè)超級(jí)強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模化，工藝精細(xì)化，器件標(biāo)準(zhǔn)化；用于光纖激光器的特種光纖，光纖器件間，光纖器件與空間光器件間的相互耦合等環(huán)節(jié)可以直接引用高度成熟的工藝甚至是高度成熟的器件。我們有理由推測(cè)，國(guó)產(chǎn)激光廠家在鈦寶石激光器領(lǐng)域全面追趕相干或光譜物理這樣的“御兩家”機(jī)會(huì)其實(shí)不大；但在光纖激光器領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)廠家在功能，穩(wěn)定性與性價(jià)比上全面追趕IPG這樣的產(chǎn)業(yè)巨頭是完全有前景的。
圖3.中鐳光電光纖飛秒激光器
當(dāng)然，從應(yīng)用來(lái)講，光纖飛秒激光器也并不會(huì)全面取代鈦寶石飛秒激光器，比如說：
在最短脈沖寬度上，光纖飛秒激光器天生弱于鈦寶石飛秒激光；一般來(lái)說，幾百飛秒級(jí)別的光纖器被認(rèn)為在性能，穩(wěn)定性和價(jià)格上的一個(gè)優(yōu)化均衡。用戶在架構(gòu)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，當(dāng)然可以考慮采購(gòu)更短脈寬的飛秒激光器，但同時(shí)也必定需要應(yīng)對(duì)隨之而來(lái)的光路內(nèi)器件的脈沖展寬，色散等問題，設(shè)備操作維護(hù)問題。您不妨在經(jīng)費(fèi)預(yù)算允許的情況下，同時(shí)也考慮一臺(tái)光纖飛秒激光器，可以輕松愉快的應(yīng)對(duì)一些對(duì)脈沖寬度不嚴(yán)格要求的應(yīng)用。
鈦寶石飛秒激光器和后續(xù)的放大器容易做到更高的單脈沖能量。確實(shí)，這是鈦寶石激光加放大器和光纖飛秒激光加放大器走的兩個(gè)不同的價(jià)值取向。進(jìn)口光纖飛秒激光器接放大器大致可做到mJ的最高單發(fā)能量，而以FFL-20為例國(guó)產(chǎn)光纖飛秒激光器大致做到400-800uJ的單發(fā)能量；從瞬態(tài)光譜的實(shí)際應(yīng)用來(lái)說，做泵浦探測(cè)一類瞬態(tài)吸收的應(yīng)用百uJ能量已經(jīng)足夠，而熒光激發(fā)百nJ級(jí)別都可以。實(shí)際上，單發(fā)能量沒做到很高帶來(lái)的一個(gè)好處是重復(fù)頻率可以做到更高。從這個(gè)角度看，更高的重復(fù)頻率更加適合做多次平均積分，以提升光譜測(cè)試系統(tǒng)信噪比，而且激光單脈沖能量只要夠用就好，過高反而容易損壞樣品。
類似的考量事實(shí)上也發(fā)生在飛秒激光微加工應(yīng)用上，從實(shí)際應(yīng)用而言，不過分短的脈沖寬度（比如幾百飛秒或以上）就使得顯微鏡光路系統(tǒng)無(wú)需過分糾結(jié)于脈沖展寬和色散等問題，反而容易在聚焦光斑質(zhì)量，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性等方面獲得最佳配比；不過分強(qiáng)調(diào)單脈沖能量（還是講夠用就好），反而容易在激光重復(fù)頻率和加工速度上獲得最佳配比。如果您在光譜測(cè)試的同時(shí)也考慮激光微加工應(yīng)用的話，也歡迎和我司進(jìn)一步討論或寄來(lái)樣品打一打試樣。
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