产生超短激光脉冲的主要方法

如下图所示,通常情况下,激光器有连续波(continuous wave,简称CW)输出和脉冲输出两种工作方式。对于脉冲输出的激光器,它既可以是单脉冲输出也可以是多脉冲输出。在实际应用中,绝大多数情况下所需要的是多脉冲。对多脉冲输出的激光器,其脉冲重复频率和脉冲宽度受到具体脉冲产生技术的影响。在下表中,我们列出了几种主要的激光脉冲产生技术及其相应的典型脉冲宽度范围。

由普通激光器输出的连续光波(上)与锁模激光器输出的脉冲光波(下)示意图

由普通激光器输出的连续光波(上)与锁模激光器输出的脉冲光波(下)示意图

 从下表可知,锁模技术是产生超短脉冲激光的主要方法。所谓“锁模”(mode locking)就是将一台激光器中不同纵模频率(或模式)光的位相相互锁定,使其彼此之间有完全固定的关系(关于锁模技术原理的具体讨论见本章第四节)。由锁模技术产生的激光脉冲可以远远小于激光谐振腔的光周期,即光在激光腔内传输一个来回所需要的时间。工作在锁模状态的激光器,一般其激光谐振腔内仅有一个光脉冲,这个脉冲在激光腔内循环往复,每通过输出镜一次即输出一个脉冲,因此输出脉冲的间隔即等于激光谐振腔的光周期。

激光脉冲产生技术与相应的典型输出脉冲宽度

注:*Tc是光在激光谐振腔中往返一个来回的时间,亦称为腔周期;适用于短腔长的激光器(比如Tc≤10ps),主要用于半导体激光器或薄片激光器。

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