97. 千瓦级飞秒激光器
申报企业/单位:苏州中辉激光科技有限公司
新产品
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产品简介

中辉碟片技术:

不同于传统固体激光器,碟片激光器的增益介质呈薄片状,能够有效解决固体激光器的高功率运行时的热效应问题。碟片激光器较大的模区横截面积能够避免在高功率和大能量运转时由非线性效应所引起的一系列问题。高功率泵浦下的碟片激光晶体,需要采用具有高效换热能力的热沉,才能够保证激光器的良好输出特性,因此研制具有高效换热的热沉结构,成为碟片激光器的关键技术之一。获得高可靠性、高光光转换效率的碟片增益模块是本设计方案的关键。

作为增益介质,碟片的制造和封装工艺是最为困难的部分。碟片的厚度百微米量级,直径大概为几厘米。和其他增益晶体不同的是,碟片晶体无法在市场上直接购买得到,只能自行制造,而要制造如此薄的晶体面临着极大的挑战。碟片制造是碟片激光器得以实现的基础,如果这一环节无法突破,那一切都无从谈起。中辉激光的碟片制造技术,完全自主可控。


设计思想:

中辉激光的FL1000是以中辉激光自研的FL150作为种子源,导入到多通放大器,获得1000W飞秒激光输出。FL150激光器是一款批量用于工业微加工的激光器,重复频率受普克尔盒高压开关限制, 最大重复频率为1MHz。多通放大器可以保证良好光束质量前提下将激光平均功率从150W提高到千瓦量级。

碟片多通放大器具有结构稳定可靠、可以实现功率/能量定标放大、无低损伤器件限制等特性,中辉激光基于碟片多通放大器实现平均功率大于1000W、最大脉冲能量10mJ、重复频率5kHz~1MHz可调的飞秒激光输出。

中辉激光FL1000400kHz重复频率下实现最大1200W平均功率输出,此时功率稳定性RMS值为0.13%@14h,其脉冲宽度845fs,能量稳定性RMS值为0.94%,激光中心波长为1031nm,光谱半高宽为2.9nm


产品优势

碟片激光器因其在结构、效率、光束质量等方面具有重大优势,成为高功率连续激光器和大能量、高平均功率、高重复频率超快激光器的重要技术路线。中辉激光研发的国内首台基于碟片放大技术的千瓦级飞秒激光器,首次将飞秒激光器的平均功率水平由百瓦级提升至千瓦级。

 

工业加工常用高功率超快激光器(>100W)按增益介质可分为碟片、板条、光纤激光器。高功率激光的难点是散热,那么只有增大增益介质的表面\体积比。碟片更大径厚比,放大介质内仅存在一维、沿着光束传播方向的热梯度,而半径方向上热梯度可忽略,极大提高冷却效率,降低热透镜、热畸变等效应。实现了固体激光器高平均功率、高峰值功率、高效率、高光束质量的完美结合。

 

中辉激光向中科院宁波材料所交付的中国首台工业级与产品级的千瓦飞秒激光器,单脉冲能量可高达10mJ,将再次刷新产品级超快激光器的全球行业记录。

 

中辉激光千瓦级飞秒激光器,是以碟片技术为核心,突破欧美技术壁垒,具有全球竞争力,且其核心器件均为国产自主可控,极大促进国内大功率激光极端加工制造技术进步,将广泛应用于钢铁合金、涡轮叶片、超硬刀具等难加工材料。

 

中辉激光从自身碟片技术出发,基于腔倒空技术,开发中国自己的平均功率数百瓦、单脉冲能量百毫焦的纳秒脉冲固体紫外激光器,并有望实现全产业链的国产化,弥补国内在大功率紫外激光领域的这一技术空白,助力中国新质生产力,破解下一代半导体/面板产业前端制造中的卡脖子问题。

 

在未来五年,中辉激光将陆续推出功率2kW、5kW乃至10kW,脉冲能量焦耳量级超快激光器产品,为我国阿秒激光、大科学装置、光刻机EUV(极紫外)光源、可控核聚变等前沿领域的发展提供无限可能。


产品参数/型号

激光波长:1030±3nm; 

平均功率:≥1000W

最大脉冲能量:10mJ@50kHz≥8mJ@100kHz≥1mJ@1MHz

脉冲宽度:≤900fs;  

功率稳定性:<0.5%@12h; 

重复频率:1.5kHz-1MHz 可调;

光束质量:1.5; 

光斑圆度:≥85%