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1簡介

產生激光超短脈衝的技術常稱為鎖模技術(mode locking)。這是因為一台自由運轉的激光器中往往會有很多個不同模式或頻率的激光脈衝同時存在,而只有在這些激光模式相互間的相位鎖定時,才能產生激光超短脈衝或稱鎖模脈衝。實現鎖模的方法有很多種,但一般可以分成兩大類:即主動鎖模和被動鎖模。主動鎖模指的是通過由外部向激光器提供調製信號的途徑來周期性地改變激光器的增益或損耗從而達到鎖模目的;而被動鎖模則是利用材料的非線性吸收或非線性相變的特性來產生激光超短脈衝。

2科爾透鏡鎖模

目前,最為廣泛使用的一種產生飛秒激光脈衝的克爾透鏡鎖模(Kerr Lens mode locking)技術是一種獨特的被動鎖模方法。科爾透鏡鎖模實際上是利用了材料的折射率隨光強變化的特性使得激光器運轉中的尖峰脈衝得到的增益高出連續的背景激光增益,從而最終實現短脈衝輸出。
一台激光器實現鎖模運轉后,在通常情況下,只有一個激光脈衝在腔內來回傳輸,該脈衝每到達激光器的輸出鏡時,就有一部分光通過輸出鏡耦和到腔外。因此,鎖模激光器的輸出是一個等間隔的激光脈衝序列。相鄰脈衝間的時間間隔等於光脈衝在激光腔內的往返時間,即所謂腔周期。一台鎖模激光器所產生的激光脈衝的寬度是否短到飛秒量級主要取決於腔內色散特性、非線性特性及兩者間的相互平衡關係。而最終的極限脈寬則受限於增益介質的光譜範圍。

3衡量指標

衡量一台飛秒激光器的重要技術指標為:脈衝寬度、平均功率和脈衝重複頻率。此外,還有譜寬與脈寬積,脈衝的中心波長,輸出光斑大小,偏振方向等。脈衝重複頻率實際上告訴我們了激光脈衝序列中兩相鄰脈衝間的間隔。由平均功率和脈衝重複頻率可求出單脈衝能量,由單脈衝能量和脈衝寬度可求出脈衝的峰值功率。
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