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皮秒连续锁模激光技术

导读: 所谓皮秒连续锁模激光器,就是脉冲宽度压缩到ps量级(10-12s)的“超短”脉冲连续锁模激光器。

  所谓皮秒连续锁模激光器,就是脉冲宽度压缩到ps量级(10-12s)的“超短”脉冲连续锁模激光器。按照泵浦方式,可以分为灯泵浦皮秒连续锁模激光器和半导体泵浦皮秒连续锁模激光器;按照锁模方式,可以分为半导体可饱和吸收体连续锁模皮秒激光器和染料连续锁模皮秒锁模激光器;按照激光媒质,可以分为固体皮秒连续锁模激光器和光纤皮秒连续锁模激光器等。

  一般采用半导体可饱和吸收镜作为锁模器件,LD泵浦的皮秒连续锁模激光器。所谓半导体可饱和吸收镜,一般是采用外延法将半导体可饱和吸收体直接生长在半导体布拉格反射镜上,因此被叫做可饱和半导体布拉格反射镜(Saturable Bragg Reflector,简称SBR)或半导体可饱和吸收镜(Semiconductor Saturable Absorber Mirror,简称SESAM)。所谓SESAM,它是一种将半导体可饱和吸收材料和反射镜结合在一起的新型器件,当激光入射到可饱和吸收体表面时,下能级的粒子受到激发跃迁到上能级,当上能级的粒子数饱和后,吸收体便被漂白。半导体可饱和吸收体具有两个特征的驰豫时间:带内驰豫时间和带间驰豫时间。带内驰豫时间很短,约为100-200fs;而带间驰豫时间相对较长,约为几皮秒到几百皮秒。在SESAM锁模过程中,带间驰豫时间提供了锁模自启动机制,带内驰豫时间有效压缩脉宽、维持锁模稳定。

  1965年,H.W.Mocker 和 R.J.Collins等人首次报道了采用半导体可饱和吸收体锁模的固体激光器,然而当时广泛的认为,采用半导体可饱和吸收体锁模无法实现Nd:glass、Nd:YAG、Nd:YLF等晶体的固体激光器的纯的连续锁模,主要因为可饱和吸收体可利用的参数范围有限。而这些晶体的上能级寿命比较长,一般大于100μs,且没有Q调制和Q调制锁模。然而,随着技术的发展,半导体可饱和吸收体的吸收波长、饱和能量、恢复时间得到精确的控制。到1992年,U.Keller等人将反共振的发布里-珀罗标准具可饱和吸收体(antiresonant Fabry-Perot saturable absorber,A-FPSA)用于Nd:YLF和Nd:YAG激光器的腔内,首次实现固体皮秒激光器的被动锁模。1993年,他们将此项技术用于解决KLM锁模的自启动问题。如今,采用SESAM已经实现了多种晶体的连续锁模皮秒激光器,如Nd:YAG、 Nd:YVO4、Nd:GdVO4、 Nd:YLF等,特点效率较高,稳定性高。

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