1 中国科学院半导体研究所全固态光源实验室,北京 100083
2 北京市全固态激光先进制造工程技术研究中心,北京 100083
3 中央民族大学 理学院,北京 100081
4 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院,北京 100049
透明硬脆材料由于其优异的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性以及光电性能,广泛应用于半导体与电子领域。传统透明硬脆材料切片方法效率低、材料损耗大,制约了硬脆材料的推广应用。激光剥离技术是近年来新兴的一种透明硬脆材料切片新方法,较传统金刚线切割方法大幅提升硬脆材料的切片效率和材料利用率,目前已发展成为硬脆材料激光加工领域学术研究与产业应用的焦点。文中深入分析透明硬脆材料激光剥离物理过程,归纳激光剥离过程关键科学问题:透明硬脆材料对激光的非线性吸收、激光作用下材料内部微观结构演化与缺陷扩展规律,以及激光光场调控对材料改质影响机制等。基于这些科学问题,综述了近年来激光剥离不同类型透明硬脆材料的研究进展,目前用于激光剥离的材料已涵盖了SiC、Si、GaN、金刚石等半导体材料,蓝宝石、多晶Al2O3、氧化锆等陶瓷材料,激光剥离技术已发展出超快激光双脉冲诱导剥离、超快激光-化学辅助剥离、多激光复合剥离等。激光剥离物理过程是一个典型的激光-材料-热学-力学多学科交叉问题,尽管在实验结果方面获得了显著突破和迅猛发展,但目前对于工艺机理仍缺乏深入的理论与数值建模研究。未来透明硬脆材料激光剥离技术将会朝着百微米以下超薄厚度剥离、改质层低损伤、工艺自适应等方向发展,将为半导体与电子等领域快速发展提供更大的技术支撑。
超快激光 硬脆材料 剥离 非线性吸收 缺陷扩展 光场调控 ultrafast laser hard and brittle materials splitting nonlinear absorption defect extension optical field modulation 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230487
1 中国科学院半导体研究所全固态光源实验室,北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 101407
大功率高光束质量半导体激光器在激光加工、激光通信、科学研究等方面有着广泛的应用,提高半导体激光器的功率和光束质量一直都是国际的研究前沿和学科热点。合束技术是提高半导体激光器输出功率最简单有效的方法。非相干合束技术提高输出功率往往以损失空间、偏振或光谱特性为代价,在对光束特性要求不高的场合应用较为成熟。相干合束技术在提高半导体激光器输出功率的同时还能提高光束质量、压窄频谱宽度,是高亮度窄线宽半导体激光技术发展的重要方向。本文简述了相干合束技术的原理及要求,从锁相技术出发,综述了半导体激光器相干合束技术近年来的发展现状,总结了主动锁相和被动锁相的优缺点,主动锁相技术采用主振荡放大结构通过相位负反馈技术实现锁相,在合束单元数量上具有优势,能获得大功率相干输出,但结构较为复杂。被动锁相技术结构简单,一般通过外腔的衍射效应或者共腔技术实现单元间的相位锁定,具备自组织锁相特点,但不易获得高功率输出。最后对半导体激光器相干合束技术的未来发展进行了展望。
相干合束 半导体激光器 锁相 高光束质量 高功率 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114007
Chaoyu Ning 1,2,3,4Shuzhen Zou 1,4Haijuan Yu 1,2,3,4Jiexi Zuo 1,2,3,4[ ... ]Xuechun Lin 1,2,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of All-Solid-State Light Sources, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
4 Beijing Engineering Technology Research Center of All-Solid-State Lasers Advanced Manufacturing, Beijing, China
In this work, we experimentally investigate the dependence of the stimulated Raman scattering (SRS) effect on the seed linewidth of a high-power nanosecond superfluorescent fiber source (ns-SFS). The results reveal that the SRS in the ns-SFS amplifier is significantly influenced by the full width at half maximum (FWHM) of the ns-SFS seed, and there is an optimal FWHM linewidth of 2 nm to achieve the lowest SRS in our case. The first-order SRS power ratio increases rapidly when the seed’s linewidth deviates from the optimal FWHM linewidth. By power scaling the ns-SFS seed with the optimal FWHM linewidth, a narrowband all-fiberized ns-SFS amplifier is achieved with a maximum average power of 602 W, pulse energy of 24.1 mJ and corresponding peak power of 422.5 kW. This is the highest average power and pulse energy achieved for all-fiberized ns-SFS amplifiers to the best of our knowledge.
fiber amplifier high power nanosecond superfluorescent fiber source stimulated Raman scattering effect High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(6): 06000e88
Jiexi Zuo 1,2,3,4Haijuan Yu 1,2,3,4Shuzhen Zou 1,4Zhiyong Dong 1,4[ ... ]Xuechun Lin 1,2,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of All-Solid-State Light Sources, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
4 Beijing Engineering Technology Research Center of All-Solid-State Lasers Advanced Manufacturing, Beijing, China
Achieving an all-fiber ultra-fast system with above kW average power and mJ pulse energy is extremely challenging. This paper demonstrated a picosecond monolithic master oscillator power amplifier system at a 25 MHz repetition frequency with an average power of approximately 1.2 kW, a pulse energy of approximately 48 μJ and a peak power of approximately 0.45 MW. The nonlinear effects were suppressed by adopting a dispersion stretched seed pulse (with a narrow linewidth of 0.052 nm) and a multi-mode master amplifier with an extra-large mode area; then an ultimate narrow bandwidth of 1.32 nm and a moderately broadened pulse of approximately 107 ps were achieved. Meanwhile, the great spatio-temporal stability was verified experimentally, and no sign of transverse mode instability appeared even at the maximum output power. The system has shown great power and energy capability with a sacrificed beam propagation product of 5.28 mm $\cdot$ mrad. In addition, further scaling of the peak power and pulse energy can be achieved by employing a lower repetition and a conventional compressor.
fiber laser nonlinear optics picosecond pulse transverse mode instability High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(2): 02000e22
红外与激光工程
2023, 52(2): 20230049
红外与激光工程
2022, 51(6): 20220055
1 中国科学院理化技术研究所功能晶体与激光技术重点实验室,北京 100190
2 中国科学院理化技术研究所固体激光重点实验室,北京 100190
3 中国科学院大学,北京 100190
4 中国科学院半导体研究所全固态光源实验室,北京 100083
中国激光
2022, 49(11): 1116002
1 中国科学院半导体研究所全固态光源实验室,北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 100049
3 北京市全固态激光先进制造工程技术研究中心,北京 100083
针对航空复合材料挖补修复工艺对损伤区高效高质量去除的需求,研究了碳纤维复合材料纳秒脉冲激光剥蚀机理、工艺优化和缺陷控制方法,基于各向异性传热原理研究了激光扫描角度对材料去除率的影响规律,探索了激光扫描速度和填充间距对非匀质材料的热-机械剥蚀的影响机制。结果表明:碳纤维复合材料显著的各向异性传热使得去除深度随激光扫描角度的增大而减小,激光扫描角度为0°时去除深度为220 μm,激光扫描角度为90°时去除深度为150 μm;由于热-机械剥蚀的混合作用,两个方向上的光斑搭接率存在临界值,在该临界值处材料去除效率出现峰值。进行了18层的阶梯形去除,精度控制在±20 μm。通过实验测试与数据分析,优化了碳纤维复合材料逐层精细剥蚀扫描策略与工艺方案,为碳纤维激光精细制造提供了参考。
激光技术 脉冲激光 碳纤维复合材料 挖补修复 热-机械剥蚀 逐层去除 中国激光
2022, 49(10): 1002405
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院,北京 100124
2 中国科学院半导体研究所全固态光源实验室,北京 100083
随着蓝光半导体激光器的发展和应用范围的拓宽,利用合束技术来获得高亮度的蓝光光源已经成为研究的热点。为了获取高亮度的蓝光输出,本文应用光学设计软件进行模拟仿真,将48只波长为450 nm、输出功率为3.5 W的单管半导体激光器通过快慢轴准直和空间合束,聚焦耦合进105 μm/0.22NA的光纤中,可获得功率为144.7 W、亮度为11 MW/(cm2?str)的蓝光输出,耦合效率为93.78%,整体系统的光-光转换效率为86.13%。
蓝光 高亮度 光纤耦合 合束技术 blue light high brightness fiber coupling beam combining technology
1 湖南省飞机维修工程技术研究中心,湖南 长沙 410124
2 空军航空维修技术学院,湖南 长沙 410124
3 中国科学院半导体研究所,北京 100083
为将激光分层清洗应用于飞机结构维修和漆层修复中,分析了激光热烧蚀和热膨胀对残余漆层的影响,设计并开展了飞机铝合金蒙皮的激光分层清洗试验研究,揭示了激光清洗后残余漆层附着力的变化规律。试验表明:激光分层清洗获得的残余漆层的漆面平整易清洁,烧蚀“匙孔”可增大接触面,有利于提高新漆再涂覆时漆层的附着力;残余漆层的厚度在24.8 μm以上时,激光的热烧蚀不会对残余漆层的附着力产生影响,而当残余漆层厚度较小时,漆层的附着力将会在残余底漆的热膨胀作用下降低。
激光技术 激光清洗 飞机蒙皮除漆 分层剥落 残余漆层附着力 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0914006