关于激光功率的问题

今天看综述的时候看到这样一句话：超短脉冲激光的重复频率在千赫兹以上,峰值功率达到兆瓦量级,平均功率达到瓦量级,单脉冲能量达到毫焦量级……
想问一下，重复频率、峰值功率、平均功率、单脉冲能量这几个参数在实际应用中是如何体现的？
比如说超精细加工什么的，这几个参数越高，对激光加工有什么影响呢？
请大佬们帮忙解答一下拉。

自己顶一下，坐等大佬解答，哈哈

本帖最后由 Theo.Luo 于 2020-11-12 16:33 编辑

峰值功率=单脉冲能量/脉冲宽度
平均功率=单脉冲能量*重复频率
参数越高，激光器制造越难，加工的稳定性及可控制性好

这几个指标都是没冲激光器非常基础的指标，一般调Q的固体激光器都是脉冲激光器，峰值功率可以达到kW以上的量级，但是脉冲宽度相对于光纤激光器较宽，激光器的平均功率相对高一些，比较适合做激光测距、测风雷达的光源。
现在通信常用的激光器都是1550nm的光纤激光器，这类激光器平均功率也可以做高，像潘建伟团队做的单光子测风雷达就是用的这个波段。但是斜效率没有1064nm的固体激光器高，所以高功率的EDFA散热需求挺大的，所以一般功率不做太大。常用在通信过程中和单光子探测。
精细加工激光的主要作用是融化特殊材料，根据特殊材料的类型实际上使用的光源差别很大，对于光敏树脂一般使用紫外LED，LED光源一般是连续光，使用调制器可以控制光开关。一般连续激光只讨论平均功率。一些金属材料打印使用的激光器有连续的也有脉冲的，使用多大的峰值功率和脉宽和材料熔点有关系，要根据材料计算需要的激光能量，能量小不能融化，能量大直接气化了

首先，脉冲激光发出的激光是一个个脉冲组成的，而不是连续出光。
重复频率：就是1s中脉冲的数量，当激光输出端移动速度过快，而脉冲频率过小时，打出来的点可能不连续。
峰值功率：一个脉冲中，此脉冲能量除以脉冲时间，等于峰值功率。峰值功率越高，那么同一短时间内工件吸收的能量越高，工件就更容易被加工。
单脉冲能量：定义和名字一样，作用和峰值功率差不多，其值越高，工件越容易被加工
平均功率：就是1s内的总脉冲能量，等于单脉冲能量×频率

本人不是专业的，简单说一说，如有错误请指正。
超短脉冲激光加工过程中，激光激发导带电子吸收能量电离形成等离子体，与电子、声子耦合将能量传递到晶格，晶格加热引起物质的变化，焦点处极高的功率密度 产生非线性效应 如多光子吸收、自聚焦等。。
材料的损伤阈值E和激光能量密度(单脉冲能量/光斑大小)、脉宽（与不同材料产生等离子体的时间不同），降低脉冲峰值功率如 Burst Mode 脉冲串模式，可调高激光器的稳定性和成本优势减轻放大器器件的压力，同时降低热影响区等。
光斑重叠率R=1-V/D*f (加工扫描速度/光斑大小*重复频率) 越高，热效应容易积累(通常热累积百khz上明显，到Ghz出现烧蚀冷却)，还有光束质量、偏振、色散/正负啁啾、离焦量等的影响。
比如：0.18mm全面屏 20w 100khz >30uj <6ps、OLED薄膜切割 常用紫外 皮秒/飞秒，根据不同的材料选择不同的参数。
可参考 邱建荣教授的《飞秒激光加工技术》。

精密加工一般选用超快激光（ns.ps.fs级），应用过程中根据加工的材料及光束情况选取合适的参数组合。参数并不是越高越好。

本帖最后由 Gavin_1 于 2020-11-22 15:33 编辑

从纳秒、皮秒到飞秒，对于不同脉冲宽度的激光加工，其机理完全不一样。现在做的大部分激光微纳加工甚至高功率激光加工，是由脉冲模式的光照射在衬底表面上，衬底吸收能量以后，电子首先跟晶格发生相互作用，这个过程大概是在皮秒时间量级。对纳秒来讲，电子跟晶格的相互作用在一个脉冲激光结束以前，就会把能量传递给晶格，所以温度是相同的，但如果脉冲宽度变成飞秒或者皮秒量级，这两个温度就会不一样。它都会使衬底表面受热升温，通过精确调控激光能量（峰值功率、平均功率、单脉冲能量），就可以选择让衬底熔化，即从固态变成液态的过程。如果再调控更高的激光能量，可以使材料发生气化，就是从固态、液态到气态的变化过程。如果能量更高，气态就会衍生出第四态的等离子体，形成离子化的气体，得到各种各样的加工效果，适用于不同的加工需求。
举例来说，纳秒紫外激光切割机常用于薄膜材料加工，飞秒紫外激光切割机常用于脆性材料加工，飞秒紫外激光切割机用于导电薄膜氧化物等材料加工。

主要是取决于加工的材料，以及对加工工艺的要求。重频、功率/单脉冲能量等参量越高，加工速度越快。当然，也跟波长有关系。