1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
准分子激光是大功率输出的深紫外波段激光光源，在多方面具有独特的应用，然而国内的准分子激光行业在关键技术、高端产品等方面和国外仍有一定差距，存在着“卡脖子”的状况。首先介绍了准分子激光的基本特性、应用分类、国内外的发展情况等；其次着重介绍了放电泵浦准分子激光的基本结构和目前实用器件的多项关键技术，主要包括快脉冲激励源、气体放电腔、光学谐振腔等；最后，介绍了放电泵浦准分子激光在工业、医疗、科研等领域目前的主要应用和进展，分析了其中的一些独特的关键技术。
激光光学 准分子激光 放电泵浦 深紫外 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1900006
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
2 中国科学技术大学 研究生院 科学岛分院, 合肥 230026
为了满足大功率半导体激光器脉冲应用的实际需求, 针对单脉冲内电流平顶下降问题和重复性情况下电流稳定性降低的问题, 设计了一种多参数宽范围可调的高精度高稳定脉冲驱动电源。该电源以大功率场效应晶体管为核心, 通过现场可编程门阵列产生的高精度时序波形来完成单脉冲内的上升沿调控和栅极控制电压补偿, 通过微控制器结合电流采样的闭环控制方案实现重频运行下的电流高稳定输出。结果表明, 在输出电流100 A、脉冲宽度400 μs、重复频率1 kHz的最大功率输出驱动二极管负载时, 驱动电流上升沿过冲幅度小于0.5%、单脉冲内电流衰减小于0.2%、重复率脉冲不稳定度小于0.1%; 在同样输出条件下驱动半导体激光器, 其在单脉冲内光功率过冲小于2%, 重复光脉冲不稳定度小于0.2%。该研究有助于提高脉冲电源脉冲电流稳定性, 对现有脉冲电源结构的改进具有一定的参考意义。
激光技术 脉冲电源 闭环控制 半导体激光器 laser technique pulse power closed-loop control semiconductor laser
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
激光抛光技术具有非接触式加工、不产生机械应力、抛光精度高等优点，特别适用于脆硬材料的表面加工。本文阐述了激光抛光工艺的特点和作用机理，介绍了激光抛光工艺中各参数对加工质量的影响，综述了各国对于硬脆材料的激光抛光技术的研究成果和现状。着重介绍了激光热抛光和激光冷抛光的区别和特点，以及抛光原理和研究进展。
材料 热效应 光化学效应 激光抛光 硬脆材料 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1300003
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 深圳盛方科技有限公司， 广东 深圳 518000
介绍了一种MOPA结构的准分子激光全隔离型、高精度的同步触发系统。首先，提出锁相环移相技术结合传统计脉冲的方法实现了系统的高分辨率与大范围；其次，采用全电气隔离的方式实现了系统在复杂的电磁干扰环境下长期稳定运行以及实时控制。系统主要参数达到分辨率1 ns、延时及脉宽调节范围0～325 μs、各通道间的抖动<60 ps、前后沿<1.5 ns。同步触发系统应用于一套193 nm深紫外MOPA结构准分子激光装置，在4 kHz的高重频下实现了对 MOPA 双腔放电延时的精准实时控制，相对放电延时可严格控制在最佳时间段，放电时序抖动<±4 ns，最后成功获得PA腔对MO腔种子光的脉冲能量放大，最大放大率达到19.2，最大输出脉冲能量达到7.1 mJ，满足深紫外光刻应用需求。
同步触发 振荡放大 全隔离 高精度 延时 synchronous trigger oscillation amplification full isolation high precision delay 红外与激光工程
2021, 50(11): 20200516
1 安徽大学 物质科学与信息技术研究院，安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
3 深圳盛方科技有限公司， 广东 深圳 518100
针对医疗用308 nm准分子激光器长脉宽的实际需求，提出Simulink仿真模型指导延长激光脉宽的方案，并进行实验研究。首先建立并验证了典型准分子激光器放电激励回路仿真模型的有效性，其次基于脉冲形成网络原理建立4级LC峰化回路的放电激励模型，并进行了具体的激光器结构设计和参数选择。对一台储能电容为60 nF，工作电压范围在20~29 kV的308 nm准分子激光器进行实验，通过改变激励回路的结构和参数，激光脉宽由30 ns延长到60 ns，且当储能电容电压值为28 kV时，输出能量达407 mJ，激光脉冲能量的转移效率由典型结构的1.531%提高至1.73%，实现了放电激励308 nm准分子激光长脉冲输出条件下的高能量转移率，验证了Simulink仿真模型的有效性和指导意义，为实用化长脉宽准分子激光的设计和应用提供基础。
准分子激光 Simulink仿真 长脉宽 转移效率 excimer laser Simulink simulation long pulse width transfer efficiency 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210022
1 合肥工业大学 电子科学与应用物理学院, 合肥 230009
2 中国科学院 安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
3 中国科学技术大学 科学岛分院, 合肥 230026
为了实现激光器脉冲输出后的电网尖峰电流谐波抑制的目的, 采用一种适用于脉冲功率应用下的有源功率因数校正的方法, 进行了理论分析和实验验证。结果表明, 其工作频率75kHz、输出电压380V、输出电压纹波低于2%、校正后的总谐波含量降低至10%、功率因数达到98%, 有源功率因数校正技术实现了脉冲功率应用下的功率因数校正, 有效地提高了能量转移效率和改善输出脉冲能量的稳定性。该研究有助于提高激光器的性能, 满足其在科研、医疗邻域的应用需求。
激光技术, 有源功率因数校正, 准分子激光器, 充电电源 laser technique, active power factor correction, e
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
3 合肥工业大学 电子科学与应用物理学院, 合肥 230009
为了实现基于准分子激光光源的应用系统集成和激光的功能扩展, 设计了一种新型的准分子激光器控制系统, PC端基于LabVIEW软件实现人机交互, 激光端基于微控制单元(MCU)主控模块控制硬件电路及检测传感器信号等, LabVIEW与MCU采用光隔离的RS232通讯, 通过虚拟仪器实现计算机对准分子激光器的实时监测和控制。结果表明, 该系统结合PC端的良好人机交互以及MCU端高效稳定实时控制等特点, 有效地实现了放电激励准分子激光器强电磁干扰下的整体控制系统的设计。该研究对基于准分子激光光源的应用系统的集成和功能扩展有参考意义。
激光技术 信号处理 监测与控制 串口通讯 虚拟仪器 laser technique LabVIEW LabVIEW signal processing monitoring and control serial communication virtual instrument
Author Affiliations
Abstract
1 Anhui Provincial Key Laboratory of Photonics Devices and Materials, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China
2 Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province, Hefei 230037, China
3 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, National University of Defense Technology, Hefei 230037, China
The laser-induced damage threshold of a calcium fluoride (CaF2) single crystal was obtained by a 193 nm ArF excimer laser. The damage morphology of the crystal was analyzed. The results showed that the surface of CaF2 single crystal broke along the natural cleavage plane under ArF excimer laser irradiation, some fragments fell off, and Newton’s rings were observed on the curved fragments. Laser-induced periodic stripe structures (LIPSS) appeared on the surface layer beneath the fragments that peeled off. The spacing of LIPSS was measured, and the formation mechanism of LIPSS was analyzed based on the interference model.
excimer lasers laser damage optical materials laser-induced periodic stripe structures Chinese Optics Letters
2020, 18(2): 021403
1 安徽大学 物理与材料科学学院， 安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
介绍了常见的强电磁干扰下的模拟信号传输方法，并改进了一种传输方案。首先，探测器一端将模拟信号转换为频率信号通过光纤发射器送出；其次，主控端接收光纤信号，在设置的读取时间内测量光信号的频率，计算获得相应的模拟量，代替传统上作频压转换后再作模数转换的做法，不仅节省了转换时间，提高了响应速度，而且可根据实际需求调整读取时间，从而获得不同的模拟量精度。在一台248 nm KrF准分子激光器上实际测试，实现了对变化较缓的气压信号的高精度在线监测，与传统方法对比更为准确，也可满足重复率0~90 Hz条件下激光脉冲能量检测信号的实时传输。通过计算皮尔森系数，该方案得到的采集值与原始信号趋于一致，满足应用需求。
信号处理 电磁干扰 光纤通讯 signal processing electromagnetic interference optical fiber communication 红外与激光工程
2019, 48(9): 0905003
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,合肥230029
2 中国科学院合肥物质科学研究院,合肥230031
柔性电子是可穿戴设备、物联网等应用发展的重要研究方向。激光剥离技术是一种利用激光能量来分离玻璃基板与柔性衬底的技术, 具有作用光波长可选、作用时间短、热影响区域小的优点, 是目前实现柔性电子器件的最重要技术之一。介绍了激光剥离的主要技术特点, 分析其在不同的柔性电子领域的应用, 讨论了应用过程中的主要工艺和作用, 并总结了激光剥离技术未来的发展趋势。激光剥离技术的快速发展, 会对柔性电子行业的研究和发展形成强力支持。
激光技术 激光应用 柔性电子 激光剥离 柔性衬底 laser technique laser application flexible electronics laser lift-off flexible substrate
