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鎖模激光器——基于鎖模技術(shù)發(fā)射超短脈沖激光器

時(shí)間:2021-07-16 來(lái)源:新特光電 訪(fǎng)問(wèn)量:2680

鎖模激光器是一種應用主動(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(尤其是亞皮秒區域)的鎖模激光器需要具有大增益帶寬的增益介質(zhì)培车。其他理想的特性是不太高的非線(xiàn)性和色散废筒,以及(特別是對于無(wú)源鎖模)足夠高的激光橫截面以避免Q 開(kāi)關(guān)不穩定性。

鎖模激光器的類(lèi)型

以下類(lèi)型的激光器對鎖模特別有吸引力:

  • 在 1970 年代聂祈,常規使用染料激光器,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(lèi)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)體激光器是當今主要的鎖模激光器類(lèi)型箕别。它們允許非常短的脈沖、非常高的脈沖能量和/或平均輸出功率、高或低的脈沖重復率以及高脈沖質(zhì)量。下面列出了一些創(chuàng )紀錄的成就。

  • 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)設置。高輸出功率通常不是直接實(shí)現的,而是通過(guò)使用光纖放大器實(shí)現的。所實(shí)現的脈沖持續時(shí)間的超快光纖激光器通常是由有限的非線(xiàn)性或由較高階色散芬为,而不是由增益帶寬。

  • 半導體激光器可以構建為鎖模二極管激光器,主要用于光纖通信中的應用。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,特別是如果結合了相對較高的輸出功率、幾千兆赫的脈沖重復率和可能的短脈沖持續時(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)非常不同躲舌,因此必須選擇合適的介質(zhì)以在特定參數范圍內操作鎖模激光器,例如關(guān)于脈沖持續時(shí)間、中心波長(cháng)和脈沖重復率。

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置

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置赐写。增益介質(zhì)可以由晶體或玻璃制成。甲棱鏡對用于色散補償,和被動(dòng)模式鎖定與實(shí)現SESAM。

設計問(wèn)題

鎖模激光器的設計通常是一項非常重要的任務(wù),特別是如果以脈沖參數的極端參數區域為目標。許多效應之間存在復雜的相互作用,包括色散和幾種非線(xiàn)性效應,改變一個(gè)設計參數通常會(huì )影響其他幾個(gè)。(例如,在孤子鎖模激光器中痕稍,激光晶體中模式尺寸或腔長(cháng)的變化會(huì )改變非線(xiàn)性和色散的平衡煮仇,從而改變脈沖持續時(shí)間。)因此,很難同時(shí)實(shí)現極短脈沖佃琳、穩定運行和高功率效率。對于增益介質(zhì)的給定參數,可實(shí)現的脈沖參數可能存在一定的限制。一個(gè)相對微不足道的問(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。當然更令人驚訝的是,例如發(fā)現鎖模固態(tài)激光器難以將高脈沖重復率與高平均輸出功率結合起來(lái),并且產(chǎn)生亞皮秒脈沖的額外要求使得這種權衡更加要求。這種限制來(lái)自于一系列效應和問(wèn)題的組合,例如Q 開(kāi)關(guān)鎖模和其他類(lèi)型的不穩定性、脈沖整形的細節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,基于對所有相關(guān)物理細節的扎實(shí)定量理解和具有典型局限性的深入經(jīng)驗的非常系統的激光開(kāi)發(fā)過(guò)程對于高效的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是制定詳細的激光器設計并在進(jìn)行實(shí)驗研究之前定量檢查許多問(wèn)題式廷。如果沒(méi)有這樣的準備,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:

  • 持續時(shí)間低于10fs(少周期脈沖)的最短脈沖通常是通過(guò)鈦藍寶石激光器的克爾透鏡鎖模實(shí)現的诈法。

  • 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率。使用小型激光二極管甚至可以達到>1THz的更高值。

  • 各種激光器(通常具有高脈沖重復率)已經(jīng)達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。

脈沖重復率為50GHz的微型Er:Yb:glass激光器設置

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

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。基本原理是在諧振腔內形成高能量脈沖百拓,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拢肆。

鎖模激光器的典型應用

以下列表給出了鎖模激光器的多種應用的一些印象:

  • 短脈沖允許時(shí)間分辨測量蚕捉,例如對集成電路進(jìn)行電光采樣測量,或對半導體器件(如SESAM)進(jìn)行泵浦探針測量翎迁。

  • 由于各種原因,各種成像方法步脓、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)維度上都達到非常高的空間分辨率。

  • 在光學(xué)計量領(lǐng)域,鎖模激光器可用于距離測量衙乡,也可用于頻率計量(計時(shí))等領(lǐng)域。在頻率計量的背景下,鎖模激光器的頻率梳起著(zhù)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(xiàn)性頻率轉換過(guò)程,即使平均功率保持中等。

  • 其他具有較大潛力的領(lǐng)域是微波强经、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)常與超快放大器結合使用肪答,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遣妥。這種放大系統可以滿(mǎn)足廣泛的附加應用:

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

  • 在醫學(xué)領(lǐng)域毒胳,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)暇仲。也有用于例如某些皮膚治療的光化學(xué)效應。

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

  • 高強度物理學(xué)依賴(lài)于具有非常高脈沖能量和峰值功率的放大系統,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度谚玷。

MENHIR PHOTONICS 1550nm的飛秒激光器

Menhir Photonics 提供1.5μm波長(cháng)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 的基本脈沖重復率。這些系統是密封的和一體式的艾贺。旨在實(shí)現超低噪聲性能以及高可靠性和堅固性,以確保它們可用于從實(shí)驗室設置到惡劣環(huán)境的任何情況屠马。

1.5μm波長(cháng)的超快鎖模激光器

MPB Communications脈沖光纖激光器

MPBC 的脈沖光纖激光器系列旨在滿(mǎn)足一系列市場(chǎng)應用,包括醫學(xué)和生物醫學(xué)研究醇疼、半導體檢測俗他、微加工沐飘、計量學(xué)和多光子光譜學(xué)鞋囊。

飛秒鎖模種子源激光器

高功率鎖模飛秒光纖激光器在920nm和1190nm光譜范圍內運行 - 傳統上由超快鈦藍寶石激光器和光學(xué)參數振蕩器覆蓋泄涎。它們產(chǎn)生脈沖持續時(shí)間為200fs、重復頻率為80MHz、平均功率為1W的線(xiàn)性偏振近變換限制脈沖。 緊湊且免維護的激光器是基于光纖的读整,具有非常好的光束輪廓告丢,并且不需要光學(xué)對準样呜。

皮秒鎖模光纖激光器

MPBC的鎖模光纖激光器在1μm或1.5μm范圍內運行,并提供皮秒范圍內的脈沖获乱,可用作光放大器和二次諧波生成的種子源。基于全光纖設計怖值,MLFL高度可靠(10,000小時(shí))且無(wú)需維護显掠。為確保環(huán)境穩定的線(xiàn)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垃散。

MPBC的納秒脈沖光纖激光器提供用戶(hù)可選擇的重復率蹬蚁,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(hù)界面允許用戶(hù)根據需要更改重復率以進(jìn)一步完善他們的應用程序。這些緊湊型風(fēng)冷激光器是您應用的絕佳選擇堰洛。

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