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飞秒激光器的工作原理

发布时间:2012-10-18 标签: 飞秒激光器 工作原理
【采购百科导读】:  超短脉冲激光器从上世纪80年代开始,经历了从染料到固体飞秒激光器的发展,开辟了科学和工业应用的新时代。早期的飞秒光纤激光器,采用掺铒的通信光纤,工作波长1550nm,普通单模光纤色散为负,能提供与自相位调制对应的啁啾补偿,于是孤子锁模(Soliton mode locking)[2]和展宽脉冲(Stretched pulse)锁模就成为主流机制。由于其倍频光的波长在775nm,经过拉曼移频可移到800nm

  超短脉冲激光器从上世纪80年代开始,经历了从染料到固体飞秒激光器的发展,开辟了科学和工业应用的新时代。早期的飞秒光纤激光器,采用掺铒的通信光纤,工作波长1550nm,普通单模光纤色散为负,能提供与自相位调制对应的啁啾补偿,于是孤子锁模(Soliton mode locking)[2]和展宽脉冲(Stretched pulse)锁模就成为主流机制。由于其倍频光的波长在775nm,经过拉曼移频可移到800nm附近,在商用激光器上,已经用作钛宝石放大器的种子脉冲。但是,由于铒光纤的掺杂浓度不能很高,以及锁模机制的限制,输出脉冲能量仍然很低(10pJ-10nJ量级),限制了此种光纤激光器的应用。进入新世纪后,随着高掺杂掺镱光纤激光器的发展,自相似(Self-similar)和全正色散(All-normal-dispersion)[6]锁模理论被提出并在实验上获得证实,使光纤振荡器的单脉冲能量突破10nJ。

  与其平行的是,90年代中期光子晶体光纤的问世,使得飞秒光纤激光器多了一个选择支[8]。光子晶体光纤的主要特点是大模场面积光纤比普通的双包层光纤能更好地保持单模特性,在放大器上有重要应用。但是,光子晶体增益光纤特别是双包层大模场面积光子晶体光纤价格非常昂贵,远远高于晶体的价格;而且泵浦光的耦合需要在空间进行,对机械件稳定性能要求很高,不像普通单模光纤以及普通的双包层光纤有直接的光纤合成。进一步来说,大模场面积光子晶体光纤的可弯曲程度很差,甚至变成了光纤“棒”(Rod-type),丧失了光纤原有的柔韧特性,反而使其体积大于同类固体激光放大器。

  对于工作在1微米波段的光子晶体光纤,不同于普通的单模光纤,可以提供负色散,但也仅仅限于光纤芯径在1~2微米的光纤。在这样细的光纤中,孤子能量非常小,否则就会导致脉冲分裂,也不可能作为放大后的压缩器。由于以上缺点,除了放大器,光子晶体光纤做飞秒激光器振荡器并无明显优势。目前国内外报道的光子晶体光纤激光器,都是空间耦合的,并含有光栅对等需要空间的元件,不是低成本、抗击外部环境影响的封闭式结构。
 

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