鎖模激光器是一種應(yīng)用主動(dòng)或被動(dòng)鎖模技術(shù)的激光器，從而發(fā)射出周期性的超短脈沖序列。由于超短脈沖具有一定的帶寬，用于短脈沖（尤其是亞皮秒?yún)^(qū)域）的鎖模激光器需要具有大增益帶寬的增益介質(zhì)。其他理想的特性是不太高的非線性和色散，以及（特別是對(duì)于無(wú)源鎖模）足夠高的激光橫截面以避免Q 開(kāi)關(guān)不穩(wěn)定性。

鎖模激光器的類型

以下類型的激光器對(duì)鎖模特別有吸引力：

• 在 1970 年代，常規(guī)使用染料激光器，用氬離子激光器泵浦。激光染料具有寬增益帶寬，允許非常短的脈沖。然而，一旦固態(tài)激光器能夠提供類似或更好的性能，染料激光器已在很大程度上被固態(tài)激光器所取代。

• 基于離子摻雜晶體或玻璃的固態(tài)體激光器是當(dāng)今主要的鎖模激光器類型。它們?cè)试S非常短的脈沖、非常高的脈沖能量和/或平均輸出功率、高或低的脈沖重復(fù)率以及高脈沖質(zhì)量。下面列出了一些創(chuàng)紀(jì)錄的成就。

• 光纖激光器也可以進(jìn)行鎖模，以產(chǎn)生非常短的脈沖，并且具有潛在的廉價(jià)設(shè)置。高輸出功率通常不是直接實(shí)現(xiàn)的，而是通過(guò)使用光纖放大器實(shí)現(xiàn)的。所實(shí)現(xiàn)的脈沖持續(xù)時(shí)間的超快光纖激光器通常是由有限的非線性或由較高階色散，而不是由增益帶寬。

• 半導(dǎo)體激光器可以構(gòu)建為鎖模二極管激光器，主要用于光纖通信中的應(yīng)用。最近，已經(jīng)證明光泵浦被動(dòng)鎖模VECSEL可以與其他固態(tài)激光器相媲美，特別是如果結(jié)合了相對(duì)較高的輸出功率、幾千兆赫的脈沖重復(fù)率和可能的短脈沖持續(xù)時(shí)間（幾皮秒）或更少）是必需的。

由于這些增益介質(zhì)的性質(zhì)非常不同，因此必須選擇合適的介質(zhì)以在特定參數(shù)范圍內(nèi)操作鎖模激光器，例如關(guān)于脈沖持續(xù)時(shí)間、中心波長(zhǎng)和脈沖重復(fù)率。

具有中低輸出功率的典型飛秒鎖模固態(tài)體激光器的諧振器設(shè)置。增益介質(zhì)可以由晶體或玻璃制成。甲棱鏡對(duì)用于色散補(bǔ)償，和被動(dòng)模式鎖定與實(shí)現(xiàn)SESAM。

設(shè)計(jì)問(wèn)題

鎖模激光器的設(shè)計(jì)通常是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，特別是如果以脈沖參數(shù)的極端參數(shù)區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)。許多效應(yīng)之間存在復(fù)雜的相互作用，包括色散和幾種非線性效應(yīng)，改變一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)通常會(huì)影響其他幾個(gè)。（例如，在孤子鎖模激光器中，激光晶體中模式尺寸或腔長(zhǎng)的變化會(huì)改變非線性和色散的平衡，從而改變脈沖持續(xù)時(shí)間。）因此，很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)極短脈沖、穩(wěn)定運(yùn)行和高功率效率。對(duì)于增益介質(zhì)的給定參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)的脈沖參數(shù)可能存在一定的限制。一個(gè)相對(duì)微不足道的問(wèn)題是增益帶寬小的增益介質(zhì)不適合產(chǎn)生非常短的脈沖。當(dāng)然更令人驚訝的是，例如發(fā)現(xiàn)鎖模固態(tài)激光器難以將高脈沖重復(fù)率與高平均輸出功率結(jié)合起來(lái)，并且產(chǎn)生亞皮秒脈沖的額外要求使得這種權(quán)衡更加要求。這種限制來(lái)自于一系列效應(yīng)和問(wèn)題的組合，例如Q 開(kāi)關(guān)鎖模和其他類型的不穩(wěn)定性、脈沖整形的細(xì)節(jié)和可飽和吸收器的限制，并且還受到看似完全不相關(guān)的問(wèn)題的影響，例如可用泵浦源的光束質(zhì)量。

出于這些原因，基于對(duì)所有相關(guān)物理細(xì)節(jié)的扎實(shí)定量理解和具有典型局限性的深入經(jīng)驗(yàn)的非常系統(tǒng)的激光開(kāi)發(fā)過(guò)程對(duì)于高效的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是制定詳細(xì)的激光器設(shè)計(jì)并在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究之前定量檢查許多問(wèn)題。如果沒(méi)有這樣的準(zhǔn)備，就有可能陷入無(wú)法簡(jiǎn)單一步一步解決的問(wèn)題組合。

一些特殊成就

被動(dòng)鎖模固態(tài)激光器的一些特殊成就是：

• 持續(xù)時(shí)間低于10fs（少周期脈沖）的最短脈沖通常是通過(guò)鈦藍(lán)寶石激光器的克爾透鏡鎖模實(shí)現(xiàn)的。

• 亞皮秒脈沖的高平均輸出功率超過(guò)200W，脈沖能量超過(guò)10μJ的脈沖能量已從被動(dòng)鎖模薄盤(pán)激光器的脈沖中獲得，甚至 80μJ在皮秒脈沖。

• 使用被動(dòng)鎖模微型體激光器和諧波鎖模光纖激光器已經(jīng)獲得了非常高的脈沖重復(fù)率。使用小型激光二極管甚至可以達(dá)到>1THz的更高值。

• 各種激光器（通常具有高脈沖重復(fù)率）已經(jīng)達(dá)到了量子限制的定時(shí)抖動(dòng)性能，因此優(yōu)于許多高質(zhì)量的電子振蕩器。

脈沖重復(fù)率為50GHz的微型Er:Yb:glass激光器設(shè)置。腔長(zhǎng)僅為3mm（從輸出耦合器到SESAM）。修改后的設(shè)置甚至允許100GHz。

更高的脈沖能量與空腔傾倒

一個(gè)鎖模激光器可以在較低脈沖重復(fù)率產(chǎn)生例如幾個(gè)微焦耳的較高的脈沖能量（例如，100千赫茲或1兆赫）通過(guò)摻入腔倒空器中的激光諧振器?；驹硎窃谥C振腔內(nèi)形成高能量脈沖，同時(shí)諧振腔損耗低，然后通過(guò)腔體傾倒器耦合輸出能量。

鎖模激光器的典型應(yīng)用

以下列表給出了鎖模激光器的多種應(yīng)用的一些印象：

• 短脈沖允許時(shí)間分辨測(cè)量，例如對(duì)集成電路進(jìn)行電光采樣測(cè)量，或?qū)Π雽?dǎo)體器件（如SESAM）進(jìn)行泵浦探針測(cè)量。

• 由于各種原因，各種成像方法、激光顯微術(shù)和激光光譜法從短脈沖中獲益匪淺。例如，飛秒激光器的高峰值功率可用于雙光子吸收 熒光顯微鏡，在所有三個(gè)維度上都達(dá)到非常高的空間分辨率。

• 在光學(xué)計(jì)量領(lǐng)域，鎖模激光器可用于距離測(cè)量，也可用于頻率計(jì)量（計(jì)時(shí)）等領(lǐng)域。在頻率計(jì)量的背景下，鎖模激光器的頻率梳起著特別重要的作用。

• 鎖模激光器的高峰值功率極大地促進(jìn)了許多非線性頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程，即使平均功率保持中等。

• 其他具有較大潛力的領(lǐng)域是微波、毫米波和太赫茲光學(xué)以及皮秒光電子學(xué)。

鎖模激光器還經(jīng)常與超快放大器結(jié)合使用，以獲得更高的平均功率，尤其是更高的脈沖能量和峰值功率。這種放大系統(tǒng)可以滿足廣泛的附加應(yīng)用：

• 高脈沖強(qiáng)度用于激光材料加工中的應(yīng)用，例如激光微加工、表面處理、鉆孔和三維激光原型制作。

• 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，鎖模激光器可再次用于一種材料加工，例如作為激光手術(shù)刀或眼科（例如視力矯正）。也有用于例如某些皮膚治療的光化學(xué)效應(yīng)。

• 高功率激光投影顯示器可以通過(guò)鎖模激光器和頻率轉(zhuǎn)換階段來(lái)實(shí)現(xiàn)，后者在使用超短脈沖時(shí)通常要簡(jiǎn)單得多。

• 高強(qiáng)度物理學(xué)依賴于具有非常高脈沖能量和峰值功率的放大系統(tǒng)，因此在將激光輻射聚焦到小點(diǎn)時(shí)可以獲得極高的光強(qiáng)度。

MENHIR PHOTONICS 1550nm的飛秒激光器

Menhir Photonics 提供1.5μm波長(zhǎng)的超快鎖模激光器。這些激光器提供低于200fs的脈沖寬度和可從250MHz到2.5GHz 的基本脈沖重復(fù)率。這些系統(tǒng)是密封的和一體式的。旨在實(shí)現(xiàn)超低噪聲性能以及高可靠性和堅(jiān)固性，以確保它們可用于從實(shí)驗(yàn)室設(shè)置到惡劣環(huán)境的任何情況。

MPB Communications脈沖光纖激光器

MPBC 的脈沖光纖激光器系列旨在滿足一系列市場(chǎng)應(yīng)用，包括醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究、半導(dǎo)體檢測(cè)、微加工、計(jì)量學(xué)和多光子光譜學(xué)。

高功率鎖模飛秒光纖激光器在920nm和1190nm光譜范圍內(nèi)運(yùn)行 - 傳統(tǒng)上由超快鈦藍(lán)寶石激光器和光學(xué)參數(shù)振蕩器覆蓋。它們產(chǎn)生脈沖持續(xù)時(shí)間為200fs、重復(fù)頻率為80MHz、平均功率為1W的線性偏振近變換限制脈沖。 緊湊且免維護(hù)的激光器是基于光纖的，具有非常好的光束輪廓，并且不需要光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。

MPBC的鎖模光纖激光器在1μm或1.5μm范圍內(nèi)運(yùn)行，并提供皮秒范圍內(nèi)的脈沖，可用作光放大器和二次諧波生成的種子源?；谌饫w設(shè)計(jì)，MLFL高度可靠（10,000小時(shí)）且無(wú)需維護(hù)。為確保環(huán)境穩(wěn)定的線性偏振輸出和交鑰匙自啟動(dòng)操作，所有組件均由保偏光纖制成。

MPBC的納秒脈沖光纖激光器提供用戶可選擇的重復(fù)率，并基于全光纖激光腔，可提供出色的光束質(zhì)量和壁插效率。圖形用戶界面允許用戶根據(jù)需要更改重復(fù)率以進(jìn)一步完善他們的應(yīng)用程序。這些緊湊型風(fēng)冷激光器是您應(yīng)用的絕佳選擇。