Yb:YAG晶体在工业制造中的应用

Yb:YAG晶体因其卓越的物理特性，在工业激光器领域扮演着越来越重要的角色。这种晶体不仅继承了YAG基质材料的优良物理性质和稳定化学性能，而且因其更高的激光上能级寿命，展现出良好的激光工作性能。在工业应用中，Yb:YAG激光器以其高功率、高重频、高光束质量的特点，被广泛应用于材料加工、医疗设备制造、科研等多个领域。以下是Yb:YAG晶体在工业端的几个关键应用场景：

1.1030nm红外激光器

在工业激光器中，1030nm波长的Yb:YAG激光器因其高功率和高光束质量而备受青睐。这类激光器能够提供高能量的激光输出，适用于高精度和高要求的加工任务。

例如英诺激光提供的AOFEMTO系列工业中高功率全系列飞秒激光器，具有<800fs的超短激光脉宽和可定制95%以上的光斑圆度。这些激光器支持沿触发、电平触发控制，并支持SYNC同步输出功能，凭借着可靠的脉冲稳定性（<2%），最高可达50W的红外输出，非常适合高精度和高要求的精密加工。

图1.YbYAG 晶体应用于1030nm激光器

国神激光的GS-FIR150系列150W红外飞秒激光器以其冷加工和高精度的优势，在蓝宝石切割、玻璃二维码打标、不锈钢打孔/切割等领域有着广泛的应用。该系列激光器提供在近红外波段，脉宽<600fs，输出功率为 100W/150W，单脉冲能量为300uJ/500uJ的技术指标，确保了加工过程中的高效率和高精度。

 

2.515nm绿光激光器

515nm波长的Yb:YAG激光器通过二次谐波发生器实现，这类激光器在精细加工和微加工领域有着重要应用，特别是在需要更短波长以提高加工精度和深度的场合。

例如德国TRUMPF的TruMicro 5000系列皮秒和飞秒激光器，能够提供515nm波长的激光输出，其中脉冲小于10ps，单脉冲能量最高可达500μJ。这些激光器能够非常快地使材料气化，几乎不产生热量影响，非常适合加工半导体材料、金属、电介质、塑料和玻璃。

目前主流的515nm和343nm飞秒激光器都是基于板条状Yb:YAG晶体与热沉单元组合成的泵浦模块搭配倍频模块实现功能。

图2.板条状Yb:YAG泵浦模块

3.343nm紫外激光器

343nm波长的Yb:YAG激光器通过三倍频转换实现，这类激光器在微电子和半导体制造领域有着重要应用，尤其是在需要极紫外光进行精细加工的场合。

例如立陶宛LIGHT CONVERSION提供的PHAROS系列飞秒激光器，可以提供高达5次谐波或可调谐扩展，其中也包括了343nm的紫外输出。这些激光器以其高能量和高平均功率，以及调谐脉冲持续时间（100fs – 20ps）和高重复频率（1Hz – 1MHz）的能力，非常适合半导体制造相关的工业应用。

图3.YbYAG 晶体毛坯

 

4.OPCPA可调谐光源

光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术是一种用于产生超短脉冲和宽带光谱的先进技术，Yb:YAG激光器因其高功率和高重频的特性，成为OPCPA系统中理想的泵浦源。

例如丹麦的NKT Photonics提供的ORIGAMI XPS系列激光器是一款全合一的单盒微焦耳飞秒激光器，提供出色的能量和指向稳定性，能够高效应用于板载监测和诊断功能。这款激光器的平均功率>5W，脉冲能量<70μJ，非常适合需要高能量和高稳定性的OPCPA应用。

西班牙的Radiantis制造的超快宽调谐激光器集成了泵浦激光器和OPO，提供了一个完整的宽调谐激光解决方案，适用于多种科学和技术应用。这些激光器提供飞秒或皮秒脉冲，并具有广泛的波长调谐能力，非常适合材料非线性表征、时间分辨实验、非线性光谱学如相干反斯托克斯拉曼光谱（CARS）和非线性显微学如多光子显微学等应用。

图4.YbYAG 晶体成品

综上所述，Yb:YAG晶体因其独特的物理特性，在工业领域的应用日益广泛，特别是在高功率、高重频、高光束质量的激光系统设计和实现中发挥着关键作用。随着技术的不断进步，Yb:YAG晶体有望在未来的工业应用中扮演更加重要的角色。

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