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脈沖激光器工作原理、應用及性能測試

2025-04-23 17:43:18
閱讀:

脈沖激光器性能檢測和脈沖激光器安全等級認證機構,找深圳中為檢驗。

我司提供脈沖激光器性能測試和脈沖激光器安全等級認證服務。


脈沖激光器工作原理、應用及性能測試(圖1)

一、脈沖激光器工作原理

 

脈沖激光器是一種以脈沖形式發射激光的裝置,其工作原理基于受激輻射放大(LASER,Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)。與連續激光器不同,脈沖激光器通過短時間(納秒、皮秒或飛秒量級)的高能量輸出實現高峰值功率。其核心工作過程包括:

 

(1)泵浦源激發

脈沖激光器通常采用電泵浦(如閃光燈、半導體激光器)或光泵浦(如其他激光器)方式,將能量注入增益介質(如Nd:YAG、Ti:Sapphire、光纖等),使介質中的原子或分子躍遷至高能級。

 

(2)粒子數反轉與Q開關技術

在增益介質中形成粒子數反轉后,通過Q開關(調Q)技術控制諧振腔的Q值(品質因數)。Q開關在儲能階段關閉,阻止激光振蕩;當能量積累到一定程度后快速打開,釋放高能量脈沖。常見的Q開關技術包括:

電光調Q(如KD*P晶體)

聲光調Q(利用聲波衍射)

被動調Q(如Cr??:YAG可飽和吸收體)

 

(3)鎖模技術(超短脈沖)

對于飛秒或皮秒激光器,通常采用鎖模(Mode-Locking)技術,使諧振腔內不同縱模相位鎖定,產生超短脈沖序列。

 

(4)脈沖輸出

最終,激光通過輸出耦合鏡發射,形成高峰值功率的脈沖激光,脈寬可達飛秒(fs)至毫秒(ms)量級。

 

二、脈沖激光器的應用

 

脈沖激光器因其高峰值功率和精確的時間控制,廣泛應用于以下領域:

 

(1)工業加工

精密微加工(如PCB鉆孔、玻璃切割)

激光打標與雕刻(納秒光纖激光器)

激光清洗(去除表面氧化物、涂層)

 

(2)醫療美容

激光手術(如眼科準分子激光、皮膚治療)

祛斑、嫩膚(皮秒/納秒激光)

 

(3)科研與測量

激光雷達(LiDAR)(自動駕駛、地形測繪)

光譜分析(LIBS激光誘導擊穿光譜)

超快光學研究(飛秒激光泵浦探測)

 

(4)軍事與國防

激光測距(軍用測距儀)

激光制導與對抗

 

三、脈沖激光器的關鍵性能參數

 

參數

定義

典型范圍

脈沖能量(E)

單脈沖攜帶的能量

μJ ~ J(取決于激光類型)

峰值功率(P?)

脈沖能量/脈寬(P? = E/τ)

kW ~ GW(超短脈沖可達TW級)

脈寬(τ)

脈沖持續時間(FWHM)

fs ~ ms

重復頻率(f)

每秒脈沖數量

Hz ~ MHz

光束質量(M2)

衡量光束發散程度(理想高斯光束M2=1)

1.0 ~ 2.0(優質激光器)

波長(λ)

激光輸出波長

UV(193nm)~ IR(10.6μm)

穩定性(RMS)

脈沖能量波動(通常要求<3%)

<1%(高穩定性激光器)

 

四、脈沖激光器性能測試流程

 

作為專業檢測機構,我們依據IEC 60825(激光安全)、ISO 13694(激光功率測量)等標準,提供以下測試服務:

 

(1)脈沖能量測試

使用熱電堆能量計(如Ophir PE50)或光電二極管+積分器測量單脈沖能量。

重復測量100次,計算平均值和標準差(穩定性評估)。

 

(2)脈寬測量

示波器+高速光電探測器(適用于ns級脈寬)。

自相關儀(適用于fs/ps級超短脈沖)。

 

(3)光束質量分析

M2測量儀(如Thorlabs BP209)分析光束發散角與束腰。

 

(4)重復頻率驗證

采用光電探測器+頻率計數器確保激光器輸出頻率符合標稱值。

 

(5)安全等級認證

依據IEC 60825-1:2023進行激光安全分類(Class 1~4),評估輻射危害并出具合規報告。

 

五、如何提升脈沖激光器性能

 

(1)優化泵浦效率

采用高亮度半導體泵浦替代閃光燈,減少熱效應。

 

(2)改進Q開關技術

使用電光調Q(如LiNbO?晶體)提高開關速度,縮短脈寬。

 

(3)熱管理優化

采用微通道冷卻或TEC溫控穩定激光輸出。

 

(4)鎖模穩定性增強

引入自適應光學補償腔長漂移,提升飛秒激光穩定性。

 

深圳中為檢驗作為權威第三方檢測機構,我們提供:

脈沖激光器安全等級認證(IEC 60825)

脈沖能量、脈寬、重復頻率等性能測試

光束質量(M2)分析

激光器輻射安全評估

 

如果您有激光器需要做安全等級認證或者是激光器性能檢測,歡迎來電咨詢相關業務!

 

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