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TUhjnbcbe - 2021/1/8 8:17:00

由于激光器所表现出来的优良特性,使得激光技术在诸多领域获得广泛应用。而激光器是一个有着许多非线性效应的动力学系统,当受到外界环境的扰动或者系统本身的噪声因素的影响下,会从稳态变到不稳态(甚至混沌),从而表现出各种各样的动力学特性,偏离了人们设计激光器时的预期。

激光器是什么?

激光器是指利用受激辐射的原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发光的激光器件。激光器通常由谐振腔、工作物质、抽运组成,早在年美国物理学家西奥多·梅曼制造了第一台红宝石激光器。根据工作介质的不同,激光器可以分为固体激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器。

激光器设计考虑的因素

激光器的设计是一个综合性的过程,需要光学理论与工程方面相结合。设计一台激光器可以分为光、机、电三部分,在设计时需要考虑以下四点:

1、激光器的基本参数,如激光器的能量、功率、光束质量、脉宽等。

2、激光器的稳定性。

3、激光器的维护成本,如激光器的功耗。

4、可以加入智能化操作,如在各个部分加入传感器实现主动的补偿。

在设计过程中应使每个模块的性能达到最佳,并且要了解各部分之间的关联性和制约性,然后对各个模块进行数值模拟和实验验证确保指标参数达标,最后实现激光器的集成。

如何设计激光器?

第一步:提出基本的光学设计方案并进行数值模拟。在设计方案时应考虑激光器的应用需求、输出指标、激光器的构型和工作方式。而在数值模拟过程中不应简单的获取一个结论,而是应该对每一个维度和每一个参量进行微扰从而得到其敏感度,并在后续的验证中减少敏感度的大小。

第二步:在平台实验上验证设计方案的可行性。在验证方案的过程中需要确定最佳的激光器参数,降低系统的维度,尽可能的实现分离器件的集成化。

第三步:通过平台实验再来完善激光器的实验方案,然后再继续进行平台实验进行验证,如此反复,从而实现对激光器进行整机的设计。

如何保证激光器长期稳定?

激光器在工作过程中要处于稳态工作,也就是说激光器输出的激光在相当长的一段时间内参数指标不变,并且具有抗击环境扰动的能力。要使激光器处于长期稳定的状态就需要保证激光器的热稳定性和结构稳定性。由于激光器是有源器件,在使用过程中会产生大量的热,从而影响到激光器的性能。而良好的激光器结构是激光器具有长期稳定性的必备条件,它保证了光路空间坐标的要求和激光器抗干扰的能力。

在设计激光器机械结构时需要考虑:壳体的设计,如激光器壳体的材料、结构、形状;调整结构稳定性,不同公司的调整结构会影响到系统的稳定性,如Newport推出热补偿光学调整架、Thorlabs的Polaris?低变形光学调整架;热形变对机械结构稳定性带来的影响。

影响激光器稳定的因素有哪些?如何设计出稳定可靠的激光器?更多介绍可点击播放下方视频,让你直观感受??????(视频来源:光学前沿在线直播)

视频中提到的公司及产品:

激光器包括Coherent激光器和Amplitude飞秒激光器。其中Amplitude飞秒激光器优点是使用整个光学平台作为支撑,保证了光路的基准面;缺点激光器镜架有许多的调节结构,会影响激光器的光轴指向。

调整架包括Thorlabs的Polaris低变形光学调整架和Newport的热补偿光学调整架。

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