1 西北大学 光子学与光子技术研究所，省部共建西部能源光子技术国家重点实验室，西安 710127
2 国家级光电技术与纳米功能材料国际联合研究中心，西安 710127
3 陕西省全固态激光及应用工程技术研究中心，陕西省光电子技术重点实验室，西安 710127
超短脉冲光纤激光器是激光器领域的一个重要分支，由于输出脉冲峰值功率高、脉冲宽度窄，吸引了大量科研工作者的关注。被动锁模技术是产生超短脉冲的常用手段，通过平衡谐振腔内色散与非线性，增益与损耗之间的相互作用来实现超短脉冲输出。深入理解被动锁模机制能够进一步推动超快光源的研究走向成熟。随着输出性能的逐步提升，超短脉冲光纤激光器的适用场景越来越丰富，能在不同领域发挥更加重要的作用。本文综述了目前光纤激光器中常用的几类被动锁模技术，包括：非线性光纤环形镜、非线性偏转旋转、低维纳米材料可饱和吸收体、非线性多模干涉以及最近涌现的Mamyshev振荡器和时空锁模等，阐述了各自的原理以及技术优势，并介绍了其在超短脉冲光纤激光器研究方面的最新进展。
光子学报
2022, 51(10): 1014003
以硅、锗为代表的半导体材料在集成电路芯片、微机电系统等领域得到了广泛应用。针对该类材料硬脆性强、传统加工工艺难以加工的不足，提出了一种激光电化学复合加工方法，利用皮秒激光辐照定域以提高单晶锗的电导率，实现了激光热力效应与电化学阳极溶解的自耦合协同加工。阐述了该加工方法的理论依据，设计了背向光控电解试验，进行了机理验证，分析了光控电解所得的凹坑结构的形貌特征，讨论了偏置距离对其的影响规律。在此基础上，将激光热力效应与电化学阳极溶解耦合于单晶锗上表面，开展了激光电解自耦合协同微切槽试验，分析了微槽加工表面的特点，讨论了加工电压对微沟槽尺寸的影响规律。
激光技术 自耦合协同加工 激光电解 单晶锗 表面形貌 中国激光
2022, 49(22): 2202019
为了解决316L不锈钢基板直接电沉积的困难、前处理复杂和现有局部电沉积技术柔性差的问题，在电沉积系统中引入激光，在利用激光去除不锈钢表面氧化膜的同时实现了无掩模诱导定域电沉积。采用扫描电子显微镜、X射线色散谱分析法、循环伏安法和电流-时间曲线对加工机理及镀层性能进行了理论和试验分析，研究了激光的单脉冲能量、扫描速度和脉冲频率对镀层表面形貌的影响规律，并研究了热累积效应对沉积精度的影响。试验结果表明，激光的引入可以在未经前处理的不锈钢表面实现局部电沉积，且镀层表面质量、耐蚀性和结合力较好，尺寸精度和沉积速率高。
激光技术 电沉积 不锈钢 定域金镀层 氧化膜 中国激光
2022, 49(22): 2202003
为了改善激光钻孔的几何形貌，提高其刻蚀深度和减小微孔锥度，以304不锈钢为试验材料，采用旋转磁场辅助激光钻孔的加工工艺，研究了在不同转速旋转磁场下，微孔刻蚀深度、表面喷溅、孔壁几何形貌和内壁氧含量的变化，探索了在有/无旋转磁场作用下，单脉冲能量对微孔锥度的影响。试验结果表明，随着旋转磁场转速的提升，微孔刻蚀深度增加，表面喷溅更加显著，氧含量降低，但过快的转速会使孔壁几何形貌变差。此外，旋转磁场的引入可以有效减小微孔锥度，且单脉冲能量越大，微孔锥度降低得越明显。
激光技术 激光钻孔 旋转磁场 形貌 锥度 刻蚀深度 中国激光
2022, 49(16): 1602001
张朝阳 1,3陆宝乐 1,2,3,*陈浩伟 1,2,3王凯歌 1,2,3白晋涛 1,2,3,*
1 西北大学 光子学与光子技术研究所，省部共建西部能源光子技术国家重点实验室，西安 710069
2 国家级光电技术与纳米功能材料国际联合研究中心，西安 710069
3 陕西省全固态激光及应用工程技术研究中心，陕西省光电子技术重点实验室，西安 710069
研究了一种基于非线性光纤环形镜“8”字形谐振腔结构的波长可调谐被动锁模掺铒光纤激光器，该激光器通过将偏振控制器加在耦合比为30/70的2×2光纤耦合器首尾相连的环内，在整个谐振腔的右端搭建了一个Sagnac环形滤波器。当泵浦功率为270 mW时，锁模光纤激光器输出了中心波长为1 555.7 nm的传统孤子，其光谱的3-dB带宽为4.2 nm，重复频率为21.1 MHz，信噪比为68 dB，脉冲宽度为0.759 ps。此外，在不改变腔内其他器件的情况下只增加泵浦功率，实现了锁模光纤激光器的连续可调谐，中心波长的调谐范围为1.5 nm；在增加泵浦功率到360 mW时，调节偏振控制器出现了松束缚态孤子。
激光器 传统孤子 非线性光纤环形镜 掺铒 被动锁模 Laser Traditional soliton Nonlinear optical loop mirror Er-doped Passively mode-locked
1 北京科技大学 新材料技术研究院，北京 100083
2 天津津航技术物理研究所，天津 300308
CVD金刚石是一种性能优异的红外光学窗口材料，但其在红外波段的理论透过率仅能实现约71%。通过表面亚波长结构设计可进一步增强CVD金刚石膜的光学透过性能。该研究首先通过理论模拟，建立了金刚石微结构特征与光学增透之间的定量关系。基于此为指导，探讨了在具有微结构硅片表面，采用MPCVD方法复制生长出具有微结构的金刚石自支撑光学级薄膜，用于提升金刚石膜在红外波段的透过率。采用扫描电镜（SEM）观察了原始硅片和金刚石表面及微结构形貌，通过拉曼散射光谱评估了金刚石的生长质量及形核层影响，采用红外光谱仪测试了金刚石红外透过率。结果显示，单面构筑微结构后，金刚石膜在8~12 μm波段的透过率可从70%提升至76%，说明表面微结构能显著提升金刚石膜的光学透过性能。非金刚石形核层以及表面微结构的完整性不足可能是导致实验结果与理论模拟结果具有一定偏差的主要原因。
金刚石膜 亚波长结构 红外增透 仿真模拟 diamond film sub-wavelength structure infrared antireflection simulation 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200199
西安交通大学电子与信息学部电子科学与工程学院电子物理与器件教育部重点实验室, 陕西 西安710049
基于注入电流和工作温度的微小变化会引起半导体激光器输出光功率和光谱特性显著改变的特性, 研制了一种高稳定性半导体激光器控制电源。该电源利用场效应管和运算放大器组成恒流源为激光器提供高精度和高稳定的输入电流; 对感温电流源AD590或负温度系数热敏电阻采集的实时工作温度与预设温度的偏差进行比例积分微分运算, 控制半导体制冷器实现半导体激光器工作温度长期稳定。测试结果表明, 该电源输出电流0 mA～200 mA连续可调、电流精度0.01 mA, 0 ℃～50 ℃内温度控制精度±0.01 ℃, 长期稳定度10-5量级, 具有实时调节性能好、成本低、易实现等特点。
半导体激光器 恒流驱动 恒温控制 比例积分微分调整 semiconductor lasers constant current driving temperature control proportion integration differential operation
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 中国航发控制系统研究所, 江苏 无锡 214063
针对激光加工具有海量微孔的金属滤网时基板热变形严重,且所加工微孔锥度大、孔形一致性差等问题,提出了背面水辅助的激光微孔加工法。该方法利用水进入微孔的毛细现象,光在气液界面的反射、折射现象,激光辐照到水中产生的力效应、空泡效应,以及水的冷却作用,实现了提高微孔加工质量的目的。采用皮秒脉冲激光分别在无水和有水辅助情况下对不同厚度的304不锈钢板进行打孔试验,验证了背面水辅助激光加工法的可行性。试验结果表明:在相同的加工参数下,相对于无水激光直接加工法,采用背面水辅助法加工得到的微孔锥度降低了2°~6°,再铸层减少,热影响区减小,所加工滤网的变形量减小,微孔的一致性得到提高。最后采用正交试验优化的工艺参数,在60 μm厚板材上实现了出口孔径为55 μm的具有海量微孔的滤网的加工。
激光技术 激光打孔 海量微孔 水辅助加工 孔锥度 滤网
为了解决纳米复合电沉积加工速率慢、颗粒易团聚以及沉积层表面质量差等问题, 采用构建高能脉冲激光辅助纳米复合电沉积的方法, 利用激光辐照产生定域微区搅拌, 缓解颗粒团聚现象, 加速电化学反应速率, 提高沉积层表面质量, 并对加工过程进行了有限元仿真和实验验证。结果表明,激光与电化学复合能够明显的提高复合沉积速率, 且激光的冲击作用能够提高晶粒的结合性, 进而促进镀层的致密化;同时此冲击作用也能降低纳米粒子的团聚几率, 细化镀层晶粒。此研究结果对电解加工技术的发展具有一定帮助。
激光技术 纳米复合电沉积 激光定域搅拌 加工速率 颗粒团聚 晶粒细化 laser technique nano-composite electro-deposition laser localized agitation processing rate particle aggregation grain refinement
