对于工业应用而言,工艺总成本通常是限制超短脉冲激光系统广泛应用的因素。除此之外,产量是该技术成功实施的关键因素,产量不仅要求工艺优化,还与激光系统的平均功率成正比。因此,过去通常要求更高的平均功率。但如今,能够全天候运行的工业用超短脉冲激光系统提供高达 200 W 的平均功率,而研究开发则超过了 kW 级。例如在 2018 年,相干组合超快光纤激光器证明了其平均功率为 3.5 kW,脉冲持续时间为 430 fs,重复率为 80 MHz [5],最近这一值已被突破,达到 10.4 kW 的平均功率 [6],脉冲能量约为 130 µJ,脉冲持续时间更短,为 254 fs。使用盘式放大器可以在较低的重复频率下实现更高的脉冲能量,例如,在 [7] 中,对于脉冲持续时间为 1 ps 的脉冲,在重复频率为 2 kHz 时,脉冲能量为 97.5 mJ。使用 innoslab 技术 [8] 也可以实现高平均功率,早在 2010 年,就已证明了在重复频率为 20 MHz 和脉冲持续时间为 615 fs 时的平均功率为 1.1 kW [9],最近又证明了在重复频率为 500 kHz 时,脉冲持续时间为 30 fs 时的平均功率为 530 W [10]。因此,未来平均功率不足将不再是问题,而挑战在于如何通过保持高加工质量来解决这个问题,这将在以下章节中说明。
摘要:在过去的几十年中,对半导体硅的激光消融进行了广泛的研究。在超短脉冲结构域中,无论是在FS尺度还是PS尺度上,硅的消融中的脉冲能量阈值都非常依赖于脉冲宽度。然而,在NS脉冲量表中,对脉冲宽度的能量阈值依赖性尚不清楚。这项研究阐明了NS NIR激光消融硅的相互作用能量依赖性。通过脉冲能量沉积速率确定消融或熔化的水平,该脉冲能量沉积速率与激光峰值成正比。较短的脉冲宽度高峰值功率可能会引起表面消融,而较长的脉冲宽度可能会诱导表面熔化。随着脉冲宽度从26增加到500 ns,消融阈值从5.63增加到24.84 j/cm 2。随着脉冲宽度从26增加到200 ns,熔化阈值从3.33增加到5.76 j/cm 2,然后一直保持恒定直至500 ns,最长的宽度。与较短的脉冲宽度不同,较长的脉冲宽度不需要较高的功率水平来诱导表面熔化,因为可以在较低的加热时间较长的脉冲宽度时诱导表面熔化。表面熔化的线宽度小于聚焦点尺寸;该线在缓慢的扫描速度下以连续线的形式出现,或者以高扫描速度以隔离点的形式出现。相比之下,从消融中的线宽度显着超过了聚焦的点大小。
先进材料加工 这种热效应对于切割和表面加工热敏材料都很重要。激光提供非常高的脉冲能量,用于切割陶瓷材料(例如 Al 2 O 3 或 GaN),而不会在加工过程中使材料变色。由于热量输入低,材料中不会出现微裂纹。
新Aero是在NS范围内运行的高能产品线,重复速率高达500Hz。在1064nm时的脉冲能量高达200mJ,在532nm时在532nm时进行了100MJ,在热力学稳定的包装中实现。定制的系统经历了严重的振动和合格测试,以实现太空操作。这些Q开关激光系统非常适合微电子,
实验:图 1 显示了实验装置的示意图。使用特定于所用激光线的镜子,将波长为 1064 nm、频率为 10 Hz、脉冲能量可变(18 mJ/脉冲 - 50 mJ/脉冲)的 Nd:YAG 激光器导向保持在 7 Torr CO 2 的腔室。腔室的位置使得样品距离用于收集 LIBS 发射的望远镜约 1.5 米。望远镜收集的光聚焦到光纤上,该光纤连接到 OceanInsights 高分辨率光谱仪。
25 请参阅补充信息以了解 (I) 对退火后的 Pt/Co/Gd 堆栈进行的 SQUID M(T) 测量分析;(II III) 对在不同 Ta 下退火的样品进行多达 10 个后续激光脉冲的测量;(III) 对具有不同 Ta 的 Pt/Co/Gd 堆栈进行的脉冲能量相关的 AOS 测量;(IV) 按正常比例绘制的 DW 速度与 Hz 的关系;以及 (V) 在退火后的 Pt/Co/Gd 堆栈上进行的 HDMI 测量。
b. 激光能力。激光指示器发射窄光束脉冲能量。目前的战术激光器在近红外波长范围内工作,人眼无法看到。它们可以瞄准,因此能量可以精确地指定目标上的选定点。激光照明为激光点跟踪器 (LST) 和激光制导武器 (LGW) 指定目标。一些激光系统还可以准确确定目标范围和位置。当与水平和垂直刻度结合使用时,它们可以测量目标方位角和仰角。指挥官使用 LGW 时需要的弹药更少,因为 LGW 改进的终端精度确保了对目标的预期效果。此外,指挥官可以使用 LGW 有效地打击更广泛的目标,包括移动目标。
b. 激光能力。激光指示器发射窄光束脉冲能量。目前的战术激光器在近红外波长范围内工作,人眼无法看到。它们可以瞄准,因此能量可以精确地指定目标上的选定点。激光照明为激光点跟踪器 (LST) 和激光制导武器 (LGW) 指定目标。一些激光系统还可以准确确定目标范围和位置。当与水平和垂直刻度结合使用时,它们可以测量目标方位角和仰角。指挥官使用 LGW 时需要的弹药更少,因为 LGW 改进的终端精度确保了对目标的预期效果。此外,指挥官可以使用 LGW 有效地打击更广泛的目标,包括移动目标。
直线加速器相干光源 X 射线自由电子激光器是一种复杂的科学仪器,每天会多次更改配置,因此需要快速调整策略来减少连续实验的设置时间。为此,我们采用贝叶斯方法通过控制四极磁铁组来最大化 X 射线激光脉冲能量。高斯过程模型为机器响应提供了相对于控制参数的概率预测,从而在寻找全局最优时实现了探索和利用的平衡。我们表明,可以从存档的扫描中学习模型参数,并且可以从光束传输中提取设备之间的相关性。结果是一个样本高效的优化程序,结合了历史数据和加速器物理知识,大大优于现有的优化器。