用于调Q的高压、超快脉冲发生器

激光之父：1964年诺贝尔物理学奖得主汤斯博士作者：朱安远来源：《中国市场》2016年第09期[摘要]美国实验和理论物理学家、发明家和教育家查尔斯·汤斯是微波激射器（Maser）的主要发明者和激光器（Laser）的先驱者之一，与前苏联（现俄罗斯）物理学家和微波波谱学家巴索夫以及普罗霍罗夫分享1964年诺贝尔物理学奖，还与多人共享“激光之父”之美誉。

激光技术是20世纪人类的重大技术发明之一，为了纪念汤斯教授逝世1周年并寄托笔者的深情哀思，特撰写出此长文。

笔者在此全面介绍了汤斯教授的生平与家庭成员；主要学术成就与贡献；与中国的渊源以及所获雅称、奖项与荣衔，重点梳理出激光技术波澜壮阔发展历程的整个脉络和概貌，还顺便简介了并非激光器的半导体发光二极管（LED）的发展概况，简明扼要地阐述了诺贝尔自然科学奖中与激光技术密切相关的有关情况。

[关键词]查尔斯·汤斯；能级（能态）；跃迁；受激辐射；微波波谱学；核磁共振；拉比树；粒子数反转；微波激射器（Maser）；量子电子学；工作物质（增益介质）；泵浦源；光泵浦；光谐振腔；激光（Laser）；红宝石激光器；激光技术；光纤通信（光通信）；网络；全息摄影术；精密测量；激光冷却技术；玻色一爱因斯坦凝聚态（BEC）；发光二极管（LED）；发明专利；诺贝尔自然科学奖2.8激光技术主要发展历程简述（续）1962年休斯研究实验室美国物理学家赫尔沃斯（RobeaWillis Hellwarth，1930.12.10-）和麦克鲁尔（Fred J.McClung）在红宝石激光器的谐振腔内采用了可外部控制的克尔盒（电光元件亦可采用普克尔斯盒，即Pockels cell），通过控制反馈保持了一个巨脉冲，从而研制成功把红宝石激光器用作巨脉冲发生器的电驱动Q开关技术（Q-switching，又称调Q技术。

与同样用来产生激光脉冲的锁模技术相比，该技术的重复率、脉冲能量和持续时间更长。

NewGene Pulser Xcell TM electroporation system产品描述Gene Pulser Xcell 是一个使用电容器来产生可控的指数波或方波来对细胞进行电穿孔的仪器。

它能够在高压电路中产生高达3000V的电脉冲，和在低压电路中产生500V电压。

Gene Pulser Xcell 是一套模块化设计的设备，包含一台主机（main unit）和两台附属模块（CE module和PC module），一个ShockPod电击腔（shocking chamber）以及一体化电极的电击杯（cuvette）。

CE Module和Gene Pulser Xcell 主机（main unit）联用可以对大多数的真核细胞进行电穿孔，包括：动物细胞和植物原生质体。

PC Module 可以对各种细菌和真菌进行电穿孔，包括其他样品量小和高电阻的需要高电压条件的样品。

主要功能:♦能够提供指数波（exponential waveform）和方波（square waveform）♦适用于所有细胞类型，原核的和真核的♦模块化设计，包含 main unit，CE module，PC module 和ShockPod♦友好的数字用户界面，可方便、直观地编程控制所有参数，包括那些附属设备的参数♦应用了 Bio-Rad的专利技术 PulseTrac 电路和 Arc 保护技术 (US 专利号 4,750,100;4,910,140)♦预存有经优化的针对常见的细菌、真菌和动物细胞类型的实验程序♦手工编程时可进入或修改所有参数或直接编辑所需要的时间常数♦可储存144个用户自己的程序♦有优化程序的功能♦能提供实际发送脉冲的数据，包括时间常数、实际的电压，脉冲间隔和脉冲时间等♦在高压电路中提供最高3000 V的电压，在低压电路中提供最高500 V的电压♦能够储存和唤回前100次实验的实验参数♦用户参数选择可调节按键音量和显示屏亮度♦紧凑的外型♦单键激发电脉冲♦革新的 ShockPod电击腔（ shocking chamber）可单手操作，能适当地定位电击杯来进行安全操作.♦符合的电器安全指标包括： EN 61010 , EMC EN61326 Class A♦作为PulseTrac系统的一部分，用户可选择进行校准和电容器测量♦保证高压电容器+/- 10%的公差。

超快激光微纳加工技术一、引言超快激光微纳加工技术是一种新型的加工技术，其具有高精度、高效率、高质量等优势。

在微电子、生物医学、光学器件等领域中得到了广泛的应用。

本文将对超快激光微纳加工技术进行详细介绍。

二、超快激光微纳加工技术原理1. 超快激光的产生与特点超快激光是指脉冲宽度在飞秒级别以下的激光，其脉冲宽度一般为几十飞秒至几百飞秒。

超快激光的产生主要通过调Q技术实现，其具有高峰值功率和短脉冲宽度等特点。

2. 超快激光微纳加工原理超快激光微纳加工技术主要是利用超快激光与材料相互作用时所产生的非线性效应进行微细结构制造。

当超快激光照射到材料表面时，由于其短脉冲宽度和高峰值功率，会使材料表面的电子密度瞬间增加，从而引起材料的非线性光学效应。

这些效应包括多光子吸收、自聚焦、等离子体生成等，最终形成微细的结构。

三、超快激光微纳加工技术的应用1. 微电子领域超快激光微纳加工技术在微电子领域中得到了广泛的应用。

例如，可以利用超快激光制造高精度的微型电路板、传感器等。

2. 生物医学领域在生物医学领域中，超快激光微纳加工技术可以用于制造高精度的生物芯片、仿生器官等。

此外，还可以利用超快激光进行细胞切割和组织切割等操作。

3. 光学器件领域在光学器件领域中，超快激光微纳加工技术可以制造出高质量的反射镜、透镜等。

此外，还可以利用超快激光进行二次谐波产生和频率转换等操作。

四、超快激光微纳加工技术的发展趋势1. 提高加工精度和效率超快激光微纳加工技术的发展趋势是提高加工精度和效率。

目前，超快激光微纳加工技术的加工精度已经达到亚微米级别，但仍需要进一步提高。

2. 拓展应用领域超快激光微纳加工技术还可以在新材料、新器件等领域中得到拓展应用。

例如，在太阳能电池、柔性电子、量子计算等领域中都有广阔的应用前景。

3. 降低成本随着超快激光微纳加工技术的不断发展，其成本也逐渐降低。

今后，随着相关技术的不断完善和普及，其成本将进一步降低。

钕激光分类钕激光是一种常用的激光类型，具有广泛的应用领域。

根据不同的参数，钕激光可以分为多种类型。

以下是关于钕激光的分类介绍。

一、连续波钕激光（CW钕激光）连续波钕激光的输出脉冲持续时间很长，可以连续工作长时间。

这种激光主要用于制造工业、医疗、科研等领域中需要较长时间加工的任务。

与其他钕激光类型相比，CW钕激光具有操作简单、功率稳定、使用方便等优点，被广泛应用于生产制造领域。

二、脉冲钕激光脉冲钕激光输出脉冲时间很短，一般在微秒或纳秒级，因此被称为短脉冲激光。

脉冲钕激光功率高、脉宽窄，具有很高的光能密度，在加工精度要求高的领域被广泛应用。

例如，用于微电子器件制造、材料切割、打标等领域。

脉冲钕激光又可以根据输出功率的不同分为低功率脉冲钕激光和高功率脉冲钕激光两种，用途各异。

三、调Q钕激光调Q钕激光是基于纳秒级脉冲激光的一种新型激光技术。

它采用调Q元件（Q开关器）对激光脉冲进行调制，使得脉冲的峰值功率和重复频率均得到控制。

调Q钕激光成像效果和加工精度比脉冲钕激光更高，被广泛应用于生物医学、材料加工等领域。

四、倍频钕激光通过倍频钕激光，可以将钕激光的波长缩短至254nm到532nm之间，即发出绿色光、黄色光等其它颜色的激光。

倍频钕激光在医学、人工晶体、生产加工等领域有着重要的应用，比如用于皮肤美容关键器械中的光导设备、结节切割、眼科等方面。

五、超快钕激光超快钕激光也是一种脉冲激光，输出的脉冲时间是飞秒级的，因此也被称为超短脉冲钕激光。

超快钕激光的功率高、脉冲宽度短、光学稳定性好，可以处理很多微观科学领域的实验，例如液态材料光化学、超快光谱学、动态光学、光学精度加工等领域。

此类激光因技术难度大，成本高，目前仍主要用于科研领域。

总之，钕激光的应用将不断发展和扩大，随着新的技术和应用的不断出现，更多基于钕激光的类型也会不断涌现。

皮秒的工作原理
皮秒激光工作原理：
皮秒激光是一种超快脉冲激光，每个脉冲的持续时间在皮秒级别（10^-12秒）范围内。

皮秒激光的工作原理基于激光器和
相关光学元件的协同作用。

1. 激光产生：皮秒激光的产生依靠激光器，如调Q激光器或
模锁激光器。

这些激光器通过在激光腔内限制和调整光波的传播路径和频率，实现非常快速和高强度的脉冲激发。

2. 光放大：初始的皮秒激光脉冲往往比较弱，需要经过光放大的过程，以增强其光强。

典型的光放大系统包含一个放大器，其中的放大介质如Nd:YAG晶体或光纤，被发射的激光经过
该介质后得到放大。

3. 脉冲调整：为了保证皮秒激光的稳定性和质量，常需要对脉冲进行一些调整。

例如，通过控制在激光器中的输出耦合镜，可以调整脉冲的幅度和宽度。

此外，还可以使用像棱镜、调制器或再生放大器等元件对脉冲进行调整和修正。

4. 光传递：经过前面步骤处理后的皮秒激光，经由光学纤维或自由传输空间中的透镜、反射镜等光学元件，传输到目标位置。

5. 应用处理：当皮秒激光到达目标位置后，可以用于各种应用。

例如，皮秒激光在激光医学、微加工和科学研究领域具有广泛应用。

对于皮肤治疗，皮秒激光在极短时间内生成高能量的激
光脉冲，用于治疗痤疮、纹身去除等。

在微加工中，可以利用皮秒激光实现高精度的切割、打孔和组织修复等操作。

综上所述，皮秒激光的工作原理是通过激光器产生脉冲激光，并经过光放大、调整和传递等步骤，最终在目标位置进行相关应用处理。