光纖激光研究和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀課件

激光研究的最新發(fā)展趨勢激光研究的最新發(fā)展趨勢前言2010是激光誕生50周年激光已從實驗室走向市場新型激光技術(shù)不斷推動激光發(fā)展前言2010是激光誕生50周年激光研究的最新發(fā)展趨勢日本產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會(IndustryPromotionAssociationofJapan)

在中國調(diào)查的光電子領(lǐng)域：光學設(shè)備和材料：THz、中紅外、可見到紫外波段新材料；光通信材料：光子網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)光纖、量子密碼通信、空間光無線通訊；光存儲和光信息處理：母盤制作和復(fù)制、藍光光盤、新一代大容量存儲技術(shù)；顯示器：包括液晶顯示、有機發(fā)光電子紙張顯示、投影顯示；用戶界面：圖像傳感、防災(zāi)系統(tǒng)、光生物測定、家庭安全保密設(shè)備；激光應(yīng)用和光學測量：新型激光源、光纖傳感、激光冷卻、激光加工；光伏技術(shù)：薄膜電池、有機光伏電池、高效光伏電池；環(huán)境光子學；照明技術(shù)，LED白光照明。激光研究的最新發(fā)展趨勢日本產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會(Indust激光研究的最新發(fā)展趨勢以透明陶瓷為代表的新型激光材料以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)以摻銩光纖激光為代表的新激光波長激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用激光研究的最新發(fā)展趨勢以透明陶瓷為代表的新型激光材料透明激光陶瓷的研究歷史和優(yōu)點透明激光陶瓷的進展

1.高效率陶瓷激光器

2.高功率陶瓷激光器3.大能量陶瓷激光器4.超短脈沖陶瓷激光器5.全陶瓷自調(diào)Q陶瓷激光器6.陶瓷光纖理想激光材料的展望1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料

透明激光陶瓷的研究歷史和優(yōu)點1、以透明陶瓷為代表的新型激光材1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料

陶瓷意為“煅燒的材料”，已經(jīng)存在了數(shù)千年。隨著文明的進程，人類最終創(chuàng)造了透明多晶光學陶瓷，現(xiàn)在我們可以利用它們作為增益介質(zhì)來形成激光振蕩。透明光學陶瓷中，散射是最大的光損耗過程。多種散射源包括微孔、顆粒邊界、單個顆粒內(nèi)的結(jié)構(gòu)梯度以及光學各向異性材料的相和晶格缺陷等均能使局部折射率變化。1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料

陶瓷意為“煅燒的材料”，同單晶相比，具有如下制備優(yōu)勢：大尺寸塊體，形狀可控。(2)摻雜濃度高、光學均勻性好。(3)燒結(jié)溫度低，制備周期短，成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)。(4)可設(shè)計制備出多功能和復(fù)合結(jié)構(gòu)的陶瓷。

同玻璃基質(zhì)相比，具有如下材料優(yōu)點：(1)熱導(dǎo)率高，是玻璃材料的數(shù)倍，有利于降低熱效應(yīng)；(2)陶瓷的熔點遠高于玻璃的軟化點，能承受更高的輻射功率;(3)陶瓷激光器輸出激光的單色性比玻璃激光器好；1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料

同單晶相比，具有如下制備優(yōu)勢：同玻璃基質(zhì)相比，具有如下材料1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料1.1高效率陶瓷激光器2004年，中科院光機所采用超均勻側(cè)面泵浦技術(shù)在1at.％Nd：YAG陶瓷棒中獲得輸出功率236W，斜率效率62％的連續(xù)激光輸出1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料1.1高效率陶瓷激光器202006年柏林大學芯摻雜高效率Nd：YAG陶瓷激光器，140W，斜率效率67％1.1高效率陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料2006年柏林大學芯摻雜高效率Nd：YAG陶瓷激光器，1401.2高功率陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料2006年，美國LLNL實驗室采用Sm3＋包邊Nd：YAG復(fù)合結(jié)構(gòu)陶瓷熱容激光器實現(xiàn)了5Hz，67kW激光輸出，持續(xù)時間10s。1.2高功率陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料20Sm3＋包邊Nd：YAG結(jié)構(gòu)抑制ASE效應(yīng)的原理1.2高功率陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料Sm3＋包邊Nd：YAG結(jié)構(gòu)抑制ASE效應(yīng)的原理1.2高功率1.3大能量陶瓷激光器—--------

低溫冷卻的Yb:YAG陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料未來大能量激光核聚變驅(qū)動器正從ICF向IFE發(fā)展，要求激光材料具有高的抗熱沖擊參數(shù)和大受激發(fā)射截面和大口徑。采用低溫冷卻的Yb晶體取代Nd玻璃是一種新型的設(shè)計理念。激光陶瓷可獲得大口徑，高摻雜，且熱機械性能更為優(yōu)越，是理想的可取材料。受激發(fā)射截面和抗熱沖擊系數(shù)隨溫度可調(diào)→能夠?qū)崿F(xiàn)高效能量提取能級結(jié)構(gòu)激光系統(tǒng)，無激發(fā)態(tài)再吸收→在LD泵浦下高激光增益良好的熱機械特性→可以高平均功率運1.3大能量陶瓷激光器—--------1、以透明陶瓷為代日本大阪大學計劃在16Hz重復(fù)頻率下獲得MJ量級激光輸出功率，光學轉(zhuǎn)換效率約12％1.3大能量陶瓷激光器—--------

低溫冷卻的Yb:YAG陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料Yb：YAG陶瓷ICF驅(qū)動系統(tǒng)示意圖日本大阪大學計劃在16Hz重復(fù)頻率下獲得MJ量級激光輸出功1.4超短脈沖陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料Yb：Y2O3和Yb：Lu2O3陶瓷材料具有寬的發(fā)射帶寬,是理想的飛秒激光器材料Yb：Y2O3188fs鎖模脈沖Yb：Lu2O3357fs鎖模脈沖1.4超短脈沖陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料1.4超短脈沖陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料2004年,日本W(wǎng)orld-Labo.實驗室Yb:YSAG透明陶瓷，獲得脈沖寬度280fs，平均輸出能量為62mW的鎖模脈沖激光輸出1.4超短脈沖陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料微芯片Nd3+，Cr4+：YAG雙摻雜自調(diào)Q全陶瓷激光器其中Cr4+作為調(diào)Q開關(guān)1.5全陶瓷自調(diào)Q脈沖激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料微芯片Nd3+，Cr4+：1.6Nd：YAG陶瓷光纖1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料陶瓷的熱機械性能和可承受的功率密度優(yōu)于石英光纖-高功率Nd：YAG陶瓷光纖的形態(tài)1.6Nd：YAG陶瓷光纖1、以透明陶瓷為代表的新型激光材陶瓷光纖激光器與普通光纖激光器的斜率效率1.6Nd：YAG陶瓷光纖1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料陶瓷光纖激光器與普通光纖激光器的斜率效率1.6Nd：YAG理想激光材料的展望：陶瓷綜合了單晶和玻璃兩者的優(yōu)勢（良好的材料和光學特性）。激光陶瓷還可以便捷的制備，實現(xiàn)多層、多功能“AllinOne”的復(fù)合結(jié)構(gòu)，給予了高性能固體激光器前所未有的高性/價比和便捷靈活的設(shè)計1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料理想激光材料的展望：1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

對于傳統(tǒng)的棒狀工作物質(zhì)在高功率時，存在嚴重的熱透鏡效應(yīng)和熱致雙折射，導(dǎo)致光束質(zhì)量下降2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

對于傳統(tǒng)的棒狀工作物2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的眾多優(yōu)點決定了它是未來高功率高光束質(zhì)量全固態(tài)激光系統(tǒng)的可靠選擇之一，很有可能取代現(xiàn)有的CO2激光器和YAG激光器。1、易于散熱---增益介質(zhì)的表面積/體積比大2、光束質(zhì)量好--優(yōu)異的雙波導(dǎo)限制機制，3、固有的全封閉柔性光路4、光路具有免維護性5、光電效率高20-30%----LD（10-15%）6、壽命長7、體積小重量輕8、輸出功率大9、節(jié)水節(jié)電成本10、造價不斷降低2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的眾多優(yōu)點決光纖激光器的結(jié)構(gòu)光纖激光器的應(yīng)用領(lǐng)域

1.激光加工對激光器的要求 2.低功率光纖激光器的應(yīng)用 3.中功率光纖激光器的應(yīng)用 4.高功率光纖激光器的應(yīng)用光纖激光器發(fā)展歷史和現(xiàn)狀光纖激光器發(fā)展趨勢2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的結(jié)構(gòu)2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器在數(shù)千瓦仍有可能保持單模，常規(guī)固體激光器是不可能實現(xiàn)的2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器在半導(dǎo)體泵浦全固態(tài)光纖激光器基本結(jié)構(gòu)泵浦系統(tǒng)耦合系統(tǒng)光纖及輸出系統(tǒng)2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體泵浦全固態(tài)光纖激光器基本結(jié)構(gòu)泵浦系統(tǒng)耦合系統(tǒng)光纖及輸出Photoniccrystalfiber：PCF光子晶體光纖2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

Photoniccrystalfiber：PCF2、2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

不同類型激光器參數(shù)對比2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

不同類型激光器參數(shù)對比

激光加工激光束作用于物體的表面而引起的物體的變形，或物體的性能的改變的加工過程。按光與物質(zhì)相互作用機理，大體可將激光加工分為激光熱加工和激光光化學反應(yīng)加工（冷加工）兩類。優(yōu)點：熱影響小，不受電磁干擾，易于導(dǎo)向、聚焦和發(fā)散。

激光熱加工的光源主要采用紅外激光器，如CO2激光器、和Nd:YAG激光器，現(xiàn)在主要用于汽車工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、輕紡工業(yè)和電子工業(yè)的各類加工。激光光化學反應(yīng)加工的光源主要采用紫外激光器，如準分子激光器，迄今已成功地應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)。

2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

1.激光加工對激光器的要求激光加工激光束作用于物體的表面而引起的物體的變2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

激光加工對激光器的模式和功率有很高的要求波長：不同波長，有不同用途。如：紫外光對光刻很有用，1.08微米波長的激光能被大多數(shù)材料吸收，適于切割和焊接金屬，F(xiàn)iberLaser的波長為激光加工的發(fā)展提供了廣闊的應(yīng)用前景。

橫模模式：決定激光光波場在空間的展開度，不同的加工種類和加工要求對激光能量分布有相應(yīng)要求。如切割和焊接要求基橫模，淬火卻要求高階模。目前，F(xiàn)iberLaser輸出的插頭效率在20%－30%之間。2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

激光加工對激光器的模式2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

激光加工對激光器的模式和功率有很高的要求功率：工件表面某點吸收能量的多少依賴于激光輸出功率和激光輻照時間；FiberLaser的功率輸出已達千瓦級，可以滿足多種激光加工的需要。

偏振特性：激光偏振特性影響材料的吸收特性，進而影響激光加工時材料吸收能量的份額。光纖激光的基波發(fā)射一般在1.08μm左右，輸出偏振特性不明顯；采用保偏光纖可以獲得偏振輸出。2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

激光加工對激光器的模式不同的應(yīng)用對光束質(zhì)量的要求2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

不同的應(yīng)用對光束質(zhì)量的要求2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的主要應(yīng)用之一：微加工（打標、雕刻、調(diào)阻等）低功率<50W

a電鍍金屬零件，b表面染色的鋁制品，c拋光的不銹鋼片，d表面有色涂層的鋁片a集成電路芯片，b塑封的晶體管，c皮革制品，d塑料日用品等。金屬軟邊光闌（提供中國原子能科學研究院等單位）小孔陣列（提供上海大學）ab2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的主要應(yīng)上光所研制的SF-1光纖激光打標機上光所研制的便攜式光纖激光打標機20082、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的主要應(yīng)用之一：微加工上光所研制的SF-1光纖激光打標機上光所研制的便攜式光纖激光光纖激光器的主要應(yīng)用之二2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)材料加工(軟焊、燒結(jié)、切割、打孔等)中等功率50W<P<500W(打孔、熔覆、表面處理等)高功率>1KW不銹鋼板焊接樣品照片鋼板厚度1.5mm，激光功率200W光纖激光器的主要應(yīng)用之二2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)光纖激光器用于不銹鋼板焊接實驗研究

激光波長～1080nm，光束直徑20mmM2＝1.38透鏡f=30mm2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)光纖激光器用于不銹鋼板焊接實驗研究激光波長～1080nm，2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)不同類型激光器表面處理效果對比光纖激光器的主要應(yīng)用之二材料加工2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)不同類型激光器表面處理效SIOM的高功率光纖激光器輸出功率：1.75kW,

斜率效率：76%波長：1.09umSIOM的高功率光纖激光器輸出功率：1.75kW,

斜率高功率光纖激光器通常指輸出超過千瓦級。優(yōu)點：能遠距離加工、光束質(zhì)量好、功率密度高、已廣泛應(yīng)用于厚金屬（10cm）切割、遠距離焊接、巖石混凝土的鉆孔、淬火和原型復(fù)制等加工領(lǐng)域。軍事領(lǐng)域

–掃雷，軟殺傷，激光武器光纖激光器的主要應(yīng)用之三：

定向能武器2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)高功率光纖激光器通常指輸出超過千瓦級。光纖激光器的主要應(yīng)用光纖激光器的主要應(yīng)用之三：

定向能武器2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

組束高功率(~10KW)光纖激光器的主要應(yīng)用之三：定向能武器2、以光纖激光為代1963年——-第一臺光纖激光器（摻釹光纖激光器）1973年——二極管激光器泵浦的光纖激光器1988年——E，Snitzer提出雙包層泵浦光纖激光器技術(shù)，成為制作高功率光纖激光器首選途徑目前IPG公司實現(xiàn)了單模，輸出功率為10kw的光纖激光器2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器發(fā)展歷史和現(xiàn)狀1963年——-第一臺光纖激光器（摻釹光纖激光器）目前IPIPG公司2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

IPG公司2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

在過去三年，光纖激光器取得了42%的令人印象深刻的增長，2008年達到了3億美元（根據(jù)Optech咨詢公司的報告《FibreLasers2009》。2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

在過去三年，光纖激光器的發(fā)展趨勢高功率高亮度兩種實現(xiàn)技術(shù)大模場有源光纖結(jié)合模式選擇技術(shù)相干組束技術(shù)提高單纖輸出功率改善光束質(zhì)量提高輸出功率同時保證好的光束質(zhì)量高功率高亮度2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的發(fā)展趨勢高功率高亮度兩種實現(xiàn)技術(shù)大模場有源光纖結(jié)銩激光的主要應(yīng)用領(lǐng)域銩的能級圖與吸收譜摻銩光纖激光器的進展SIOM的摻銩光纖激光器3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長銩激光的主要應(yīng)用領(lǐng)域3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長波長處在2-3微米的中紅外光纖激光器在激光顯微、外科手術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。在軍事上，戰(zhàn)爭中很多軍事目標探測器大多都能是在紅外線輻射范圍,且中遠紅外線適于全天候和遠距離的傳輸。

2微米光纖激光器是光參量產(chǎn)生中紅外（3-5微米）的最佳泵浦源之一，其一直是國內(nèi)外研究熱點。國外已經(jīng)報道了KW級的2微米激光器，IPG實現(xiàn)500W全光纖激光器。銩激光的主要應(yīng)用3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長波長處在2-3微米的中DopplerLIDAR

SurgeryRemotesensingDopplerLIDARSurgeryRemotesTm3+fiberlasers

Tm3+:YAPlasers

Tm3+:YLFlasers

Tm3+:LLFlasers

Tm3+:YAGceramiclasers……3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長Tm3+fiberlasers3.以摻銩銩的能級圖長熒光壽命(>ms)高量子效率商業(yè)LD泵浦(780-795nm)

吸收一個泵浦光子上能級兩個光子交叉弛豫銩的能級圖長熒光壽命(>ms)吸收一個泵浦光子上能級兩個光子摻銩光纖的吸收譜（左）與發(fā)射譜（右）三種泵浦方式：790nm（LD）；1300nm（Nd激光器）；1600nm（Er激光器）。3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長摻銩光纖的吸收譜（左）與發(fā)射譜（右）三種泵浦方式：790nm3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長近年來摻Tm光纖的高功率激光進展

3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長近年來摻Tm光纖的高功3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長雙向泵浦的摻銩光纖激光器實驗裝置烽火科技光纖：纖芯直徑25微米，纖芯NA為0.08；內(nèi)包層為D型結(jié)構(gòu)，尺寸為400微米。光纖長度3.5米SIOM摻銩光纖激光器：入纖功率輸出功率斜效率波長130W55W45%1.99um附近3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長雙向泵浦的摻銩光纖激光SIOM中紅外光纖激光器的研究不同長度的摻銩光纖激光器的輸出光譜3.5m長的光纖激光器在不同輸出功率時的光譜摻銩光纖激光器可以實現(xiàn)高的連續(xù)功率輸出（50W）；摻銩光纖激光器輸出的光譜在高功率下比較寬,，工作波長不穩(wěn)定，不利于直接作為3-5μm的中紅外固體激光器的泵浦源；中紅外激光器的光參量振蕩泵浦源，對線寬、波長、線偏振、及高重頻的脈沖有要求，需對摻銩光纖激光器作進一步研究及改進。SIOM中紅外光纖激光器的研究不同長度的摻銩光纖激光器的輸出2022/12/15太陽能：可再生清潔能源電網(wǎng)等價點太陽能電價常規(guī)能源電價4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用2022/12/13太陽能：可再生清潔能源電網(wǎng)等價點太陽能電4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用激光技術(shù)快速、精確可控、零接觸薄膜化工藝簡化提高產(chǎn)能增強吸收表面處理優(yōu)化電極高效率低成本疊層、聚光太陽能電池4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用激光技術(shù)快速、精確可控、零4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用激光摻雜激光刻槽/邊緣隔離激光打孔/激光燒結(jié)電極激光劃線（薄膜電池）體硅薄膜激光表面織構(gòu)體硅激光切割4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用激光摻雜激光刻槽/邊緣隔離4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用下面以高重頻脈沖光纖激光器在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用為例介紹1、脈沖調(diào)制的單模LD、2、固體激光調(diào)Q、3、光纖激光聲光調(diào)Q種子光－---------------振蕩放大（MOPA）結(jié)構(gòu)高性能小功率激光器

雙包層光纖做為功率放大器主要優(yōu)點：脈沖參數(shù)可調(diào)（重頻、脈寬、波形、脈沖能量）4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用下面以高重頻脈沖光纖激光器4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用4.1激光在硅片上打孔：Why?背接觸型硅電池EWT、MWT3000個/s15~20個脈沖/孔目標：η>20%通過孔連通發(fā)射極或前電極與金屬背電極，進一步降低屏蔽損耗，提高光一電轉(zhuǎn)換效率。4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用4.1激光在硅片上打孔：W4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用平均功率80W，重復(fù)頻率80kHz，脈沖寬度700ns的脈沖光纖激光器以上輸出脈沖參數(shù)可按需要精確調(diào)節(jié)。4.1光纖激光器在硅片上打孔4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用平均功率80W，4.1光4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用4.1激光在硅片上打孔：LaserZentrumHannover,Germany4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用4.1激光在硅片上打孔：L4.2激光在薄膜電池上劃線4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用4.2激光在薄膜電池上劃線4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用4.2光纖激光在薄膜電池上劃線20W脈沖光纖激光器在玻璃上的鉬層(用于CIGS背電極)高速掃描顯微圖高重復(fù)頻率的脈沖光纖激光及其倍頻綠光激光的光束質(zhì)量好，聚焦光斑小，易于實現(xiàn)50μm的線寬要求，在大型陣列互聯(lián)型電池板的制備方面優(yōu)勢明顯。4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用4.2光纖激光在薄膜電池4.3光纖激光切割硅片SPI4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用20WPulse、100μm、

0.25/min、200ns、25kHz50WCW、250μm、2.5m/min4.3光纖激光切割硅片SPI4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)SPI連續(xù)光纖激光器切割參數(shù)4.3光纖激光切割硅片SPI4.激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用SPI連續(xù)光纖激光器切割參數(shù)4.3光纖激光切割硅片S結(jié)束語以上就幾個方面介紹激光發(fā)展的近期進展有很多方面沒有包括，如：超快脈沖，薄片激光等等如有不夠全面之處，望大家指正結(jié)束語以上就幾個方面介紹激光發(fā)展的近期進展謝謝！謝謝！演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！激光研究的最新發(fā)展趨勢激光研究的最新發(fā)展趨勢前言2010是激光誕生50周年激光已從實驗室走向市場新型激光技術(shù)不斷推動激光發(fā)展前言2010是激光誕生50周年激光研究的最新發(fā)展趨勢日本產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會(IndustryPromotionAssociationofJapan)

在中國調(diào)查的光電子領(lǐng)域：光學設(shè)備和材料：THz、中紅外、可見到紫外波段新材料；光通信材料：光子網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)光纖、量子密碼通信、空間光無線通訊；光存儲和光信息處理：母盤制作和復(fù)制、藍光光盤、新一代大容量存儲技術(shù)；顯示器：包括液晶顯示、有機發(fā)光電子紙張顯示、投影顯示；用戶界面：圖像傳感、防災(zāi)系統(tǒng)、光生物測定、家庭安全保密設(shè)備；激光應(yīng)用和光學測量：新型激光源、光纖傳感、激光冷卻、激光加工；光伏技術(shù)：薄膜電池、有機光伏電池、高效光伏電池；環(huán)境光子學；照明技術(shù)，LED白光照明。激光研究的最新發(fā)展趨勢日本產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會(Indust激光研究的最新發(fā)展趨勢以透明陶瓷為代表的新型激光材料以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)以摻銩光纖激光為代表的新激光波長激光技術(shù)在光伏太陽能產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用激光研究的最新發(fā)展趨勢以透明陶瓷為代表的新型激光材料透明激光陶瓷的研究歷史和優(yōu)點透明激光陶瓷的進展

1.高效率陶瓷激光器

2.高功率陶瓷激光器3.大能量陶瓷激光器4.超短脈沖陶瓷激光器5.全陶瓷自調(diào)Q陶瓷激光器6.陶瓷光纖理想激光材料的展望1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料

透明激光陶瓷的研究歷史和優(yōu)點1、以透明陶瓷為代表的新型激光材1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料

陶瓷意為“煅燒的材料”，已經(jīng)存在了數(shù)千年。隨著文明的進程，人類最終創(chuàng)造了透明多晶光學陶瓷，現(xiàn)在我們可以利用它們作為增益介質(zhì)來形成激光振蕩。透明光學陶瓷中，散射是最大的光損耗過程。多種散射源包括微孔、顆粒邊界、單個顆粒內(nèi)的結(jié)構(gòu)梯度以及光學各向異性材料的相和晶格缺陷等均能使局部折射率變化。1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料

陶瓷意為“煅燒的材料”，同單晶相比，具有如下制備優(yōu)勢：大尺寸塊體，形狀可控。(2)摻雜濃度高、光學均勻性好。(3)燒結(jié)溫度低，制備周期短，成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)。(4)可設(shè)計制備出多功能和復(fù)合結(jié)構(gòu)的陶瓷。

同玻璃基質(zhì)相比，具有如下材料優(yōu)點：(1)熱導(dǎo)率高，是玻璃材料的數(shù)倍，有利于降低熱效應(yīng)；(2)陶瓷的熔點遠高于玻璃的軟化點，能承受更高的輻射功率;(3)陶瓷激光器輸出激光的單色性比玻璃激光器好；1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料

同單晶相比，具有如下制備優(yōu)勢：同玻璃基質(zhì)相比，具有如下材料1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料1.1高效率陶瓷激光器2004年，中科院光機所采用超均勻側(cè)面泵浦技術(shù)在1at.％Nd：YAG陶瓷棒中獲得輸出功率236W，斜率效率62％的連續(xù)激光輸出1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料1.1高效率陶瓷激光器202006年柏林大學芯摻雜高效率Nd：YAG陶瓷激光器，140W，斜率效率67％1.1高效率陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料2006年柏林大學芯摻雜高效率Nd：YAG陶瓷激光器，1401.2高功率陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料2006年，美國LLNL實驗室采用Sm3＋包邊Nd：YAG復(fù)合結(jié)構(gòu)陶瓷熱容激光器實現(xiàn)了5Hz，67kW激光輸出，持續(xù)時間10s。1.2高功率陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料20Sm3＋包邊Nd：YAG結(jié)構(gòu)抑制ASE效應(yīng)的原理1.2高功率陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料Sm3＋包邊Nd：YAG結(jié)構(gòu)抑制ASE效應(yīng)的原理1.2高功率1.3大能量陶瓷激光器—--------

低溫冷卻的Yb:YAG陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料未來大能量激光核聚變驅(qū)動器正從ICF向IFE發(fā)展，要求激光材料具有高的抗熱沖擊參數(shù)和大受激發(fā)射截面和大口徑。采用低溫冷卻的Yb晶體取代Nd玻璃是一種新型的設(shè)計理念。激光陶瓷可獲得大口徑，高摻雜，且熱機械性能更為優(yōu)越，是理想的可取材料。受激發(fā)射截面和抗熱沖擊系數(shù)隨溫度可調(diào)→能夠?qū)崿F(xiàn)高效能量提取能級結(jié)構(gòu)激光系統(tǒng)，無激發(fā)態(tài)再吸收→在LD泵浦下高激光增益良好的熱機械特性→可以高平均功率運1.3大能量陶瓷激光器—--------1、以透明陶瓷為代日本大阪大學計劃在16Hz重復(fù)頻率下獲得MJ量級激光輸出功率，光學轉(zhuǎn)換效率約12％1.3大能量陶瓷激光器—--------

低溫冷卻的Yb:YAG陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料Yb：YAG陶瓷ICF驅(qū)動系統(tǒng)示意圖日本大阪大學計劃在16Hz重復(fù)頻率下獲得MJ量級激光輸出功1.4超短脈沖陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料Yb：Y2O3和Yb：Lu2O3陶瓷材料具有寬的發(fā)射帶寬,是理想的飛秒激光器材料Yb：Y2O3188fs鎖模脈沖Yb：Lu2O3357fs鎖模脈沖1.4超短脈沖陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料1.4超短脈沖陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料2004年,日本W(wǎng)orld-Labo.實驗室Yb:YSAG透明陶瓷，獲得脈沖寬度280fs，平均輸出能量為62mW的鎖模脈沖激光輸出1.4超短脈沖陶瓷激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料微芯片Nd3+，Cr4+：YAG雙摻雜自調(diào)Q全陶瓷激光器其中Cr4+作為調(diào)Q開關(guān)1.5全陶瓷自調(diào)Q脈沖激光器1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料微芯片Nd3+，Cr4+：1.6Nd：YAG陶瓷光纖1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料陶瓷的熱機械性能和可承受的功率密度優(yōu)于石英光纖-高功率Nd：YAG陶瓷光纖的形態(tài)1.6Nd：YAG陶瓷光纖1、以透明陶瓷為代表的新型激光材陶瓷光纖激光器與普通光纖激光器的斜率效率1.6Nd：YAG陶瓷光纖1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料陶瓷光纖激光器與普通光纖激光器的斜率效率1.6Nd：YAG理想激光材料的展望：陶瓷綜合了單晶和玻璃兩者的優(yōu)勢（良好的材料和光學特性）。激光陶瓷還可以便捷的制備，實現(xiàn)多層、多功能“AllinOne”的復(fù)合結(jié)構(gòu)，給予了高性能固體激光器前所未有的高性/價比和便捷靈活的設(shè)計1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料理想激光材料的展望：1、以透明陶瓷為代表的新型激光材料2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

對于傳統(tǒng)的棒狀工作物質(zhì)在高功率時，存在嚴重的熱透鏡效應(yīng)和熱致雙折射，導(dǎo)致光束質(zhì)量下降2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

對于傳統(tǒng)的棒狀工作物2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的眾多優(yōu)點決定了它是未來高功率高光束質(zhì)量全固態(tài)激光系統(tǒng)的可靠選擇之一，很有可能取代現(xiàn)有的CO2激光器和YAG激光器。1、易于散熱---增益介質(zhì)的表面積/體積比大2、光束質(zhì)量好--優(yōu)異的雙波導(dǎo)限制機制，3、固有的全封閉柔性光路4、光路具有免維護性5、光電效率高20-30%----LD（10-15%）6、壽命長7、體積小重量輕8、輸出功率大9、節(jié)水節(jié)電成本10、造價不斷降低2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的眾多優(yōu)點決光纖激光器的結(jié)構(gòu)光纖激光器的應(yīng)用領(lǐng)域

1.激光加工對激光器的要求 2.低功率光纖激光器的應(yīng)用 3.中功率光纖激光器的應(yīng)用 4.高功率光纖激光器的應(yīng)用光纖激光器發(fā)展歷史和現(xiàn)狀光纖激光器發(fā)展趨勢2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的結(jié)構(gòu)2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器在數(shù)千瓦仍有可能保持單模，常規(guī)固體激光器是不可能實現(xiàn)的2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器在半導(dǎo)體泵浦全固態(tài)光纖激光器基本結(jié)構(gòu)泵浦系統(tǒng)耦合系統(tǒng)光纖及輸出系統(tǒng)2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體泵浦全固態(tài)光纖激光器基本結(jié)構(gòu)泵浦系統(tǒng)耦合系統(tǒng)光纖及輸出Photoniccrystalfiber：PCF光子晶體光纖2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

Photoniccrystalfiber：PCF2、2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

不同類型激光器參數(shù)對比2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

不同類型激光器參數(shù)對比

激光加工激光束作用于物體的表面而引起的物體的變形，或物體的性能的改變的加工過程。按光與物質(zhì)相互作用機理，大體可將激光加工分為激光熱加工和激光光化學反應(yīng)加工（冷加工）兩類。優(yōu)點：熱影響小，不受電磁干擾，易于導(dǎo)向、聚焦和發(fā)散。

激光熱加工的光源主要采用紅外激光器，如CO2激光器、和Nd:YAG激光器，現(xiàn)在主要用于汽車工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、輕紡工業(yè)和電子工業(yè)的各類加工。激光光化學反應(yīng)加工的光源主要采用紫外激光器，如準分子激光器，迄今已成功地應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)。

2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

1.激光加工對激光器的要求激光加工激光束作用于物體的表面而引起的物體的變2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

激光加工對激光器的模式和功率有很高的要求波長：不同波長，有不同用途。如：紫外光對光刻很有用，1.08微米波長的激光能被大多數(shù)材料吸收，適于切割和焊接金屬，F(xiàn)iberLaser的波長為激光加工的發(fā)展提供了廣闊的應(yīng)用前景。

橫模模式：決定激光光波場在空間的展開度，不同的加工種類和加工要求對激光能量分布有相應(yīng)要求。如切割和焊接要求基橫模，淬火卻要求高階模。目前，F(xiàn)iberLaser輸出的插頭效率在20%－30%之間。2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

激光加工對激光器的模式2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

激光加工對激光器的模式和功率有很高的要求功率：工件表面某點吸收能量的多少依賴于激光輸出功率和激光輻照時間；FiberLaser的功率輸出已達千瓦級，可以滿足多種激光加工的需要。

偏振特性：激光偏振特性影響材料的吸收特性，進而影響激光加工時材料吸收能量的份額。光纖激光的基波發(fā)射一般在1.08μm左右，輸出偏振特性不明顯；采用保偏光纖可以獲得偏振輸出。2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

激光加工對激光器的模式不同的應(yīng)用對光束質(zhì)量的要求2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

不同的應(yīng)用對光束質(zhì)量的要求2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的主要應(yīng)用之一：微加工（打標、雕刻、調(diào)阻等）低功率<50W

a電鍍金屬零件，b表面染色的鋁制品，c拋光的不銹鋼片，d表面有色涂層的鋁片a集成電路芯片，b塑封的晶體管，c皮革制品，d塑料日用品等。金屬軟邊光闌（提供中國原子能科學研究院等單位）小孔陣列（提供上海大學）ab2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的主要應(yīng)上光所研制的SF-1光纖激光打標機上光所研制的便攜式光纖激光打標機20082、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的主要應(yīng)用之一：微加工上光所研制的SF-1光纖激光打標機上光所研制的便攜式光纖激光光纖激光器的主要應(yīng)用之二2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)材料加工(軟焊、燒結(jié)、切割、打孔等)中等功率50W<P<500W(打孔、熔覆、表面處理等)高功率>1KW不銹鋼板焊接樣品照片鋼板厚度1.5mm，激光功率200W光纖激光器的主要應(yīng)用之二2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)光纖激光器用于不銹鋼板焊接實驗研究

激光波長～1080nm，光束直徑20mmM2＝1.38透鏡f=30mm2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)光纖激光器用于不銹鋼板焊接實驗研究激光波長～1080nm，2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)不同類型激光器表面處理效果對比光纖激光器的主要應(yīng)用之二材料加工2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)不同類型激光器表面處理效SIOM的高功率光纖激光器輸出功率：1.75kW,

斜率效率：76%波長：1.09umSIOM的高功率光纖激光器輸出功率：1.75kW,

斜率高功率光纖激光器通常指輸出超過千瓦級。優(yōu)點：能遠距離加工、光束質(zhì)量好、功率密度高、已廣泛應(yīng)用于厚金屬（10cm）切割、遠距離焊接、巖石混凝土的鉆孔、淬火和原型復(fù)制等加工領(lǐng)域。軍事領(lǐng)域

–掃雷，軟殺傷，激光武器光纖激光器的主要應(yīng)用之三：

定向能武器2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)高功率光纖激光器通常指輸出超過千瓦級。光纖激光器的主要應(yīng)用光纖激光器的主要應(yīng)用之三：

定向能武器2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

組束高功率(~10KW)光纖激光器的主要應(yīng)用之三：定向能武器2、以光纖激光為代1963年——-第一臺光纖激光器（摻釹光纖激光器）1973年——二極管激光器泵浦的光纖激光器1988年——E，Snitzer提出雙包層泵浦光纖激光器技術(shù)，成為制作高功率光纖激光器首選途徑目前IPG公司實現(xiàn)了單模，輸出功率為10kw的光纖激光器2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器發(fā)展歷史和現(xiàn)狀1963年——-第一臺光纖激光器（摻釹光纖激光器）目前IPIPG公司2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

IPG公司2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

在過去三年，光纖激光器取得了42%的令人印象深刻的增長，2008年達到了3億美元（根據(jù)Optech咨詢公司的報告《FibreLasers2009》。2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

在過去三年，光纖激光器的發(fā)展趨勢高功率高亮度兩種實現(xiàn)技術(shù)大模場有源光纖結(jié)合模式選擇技術(shù)相干組束技術(shù)提高單纖輸出功率改善光束質(zhì)量提高輸出功率同時保證好的光束質(zhì)量高功率高亮度2、以光纖激光為代表的新型激光結(jié)構(gòu)

光纖激光器的發(fā)展趨勢高功率高亮度兩種實現(xiàn)技術(shù)大模場有源光纖結(jié)銩激光的主要應(yīng)用領(lǐng)域銩的能級圖與吸收譜摻銩光纖激光器的進展SIOM的摻銩光纖激光器3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長銩激光的主要應(yīng)用領(lǐng)域3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長波長處在2-3微米的中紅外光纖激光器在激光顯微、外科手術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。在軍事上，戰(zhàn)爭中很多軍事目標探測器大多都能是在紅外線輻射范圍,且中遠紅外線適于全天候和遠距離的傳輸。

2微米光纖激光器是光參量產(chǎn)生中紅外（3-5微米）的最佳泵浦源之一，其一直是國內(nèi)外研究熱點。國外已經(jīng)報道了KW級的2微米激光器，IPG實現(xiàn)500W全光纖激光器。銩激光的主要應(yīng)用3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長波長處在2-3微米的中DopplerLIDAR

SurgeryRemotesensingDopplerLIDARSurgeryRemotesTm3+fiberlasers

Tm3+:YAPlasers

Tm3+:YLFlasers

Tm3+:LLFlasers

Tm3+:YAGceramiclasers……3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長Tm3+fiberlasers3.以摻銩銩的能級圖長熒光壽命(>ms)高量子效率商業(yè)LD泵浦(780-795nm)

吸收一個泵浦光子上能級兩個光子交叉弛豫銩的能級圖長熒光壽命(>ms)吸收一個泵浦光子上能級兩個光子摻銩光纖的吸收譜（左）與發(fā)射譜（右）三種泵浦方式：790nm（LD）；1300nm（Nd激光器）；1600nm（Er激光器）。3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長摻銩光纖的吸收譜（左）與發(fā)射譜（右）三種泵浦方式：790nm3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長近年來摻Tm光纖的高功率激光進展

3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長近年來摻Tm光纖的高功3.以摻銩光纖激光為代表的新激光波長雙向泵浦的摻銩光纖激光器實驗裝置烽火科技光纖：纖芯直徑25微米，纖芯NA為0.08；內(nèi)包層為D型結(jié)構(gòu)，尺寸為400微米。光纖長度3.5