飞秒激光器(femtosecond lasers) 详述

定义:

发射的脉冲的时间间隔在几个飞秒和几百飞秒之间的激光器。

飞秒激光器是可以发射光脉冲持续时间小于1ps(→超短脉冲)光脉冲的激光器,也就是说是在飞秒时间域内(1 fs = 10−15 s)。

因此这种激光器也被归于超快激光器或超短脉冲激光器的分类中。对于产生这种短脉冲,常常用到一种叫做被动模式锁定的技术。

目录

飞秒激光器的类型

1.1 固体激光器

1.2 光纤激光器

1.3 染料激光器

1.4 『半导体』激光器

1.5 其他类型

飞秒激光器的一些重要特性

飞秒激光器的类型

固体激光器

被动锁模的固体激光器能发出高质量的超短脉冲激光,拥有典型的持续时间30 fs和30 ps。各种二极管抽运激光器,如基于掺钕或掺镱的增益媒介,在这种体系中,典型的平均输出功率在100 mW和1 w之间。

应用先进的色散补偿的钛蓝宝石激光器甚至可适用于持续时间小于10 fs的脉冲,极限情况下可以达到约5 fs。脉冲重复率在大多数情况下为50 MHz到500 MHz,对于较大的脉冲功率,重复率会变小一些,大概几兆赫,而一些微型激光器则有几十兆赫。

光纤激光器

各种类型的超快光纤激光器,在大多数情况下也是被动锁模的,提供的典型脉冲持续时间在50到500 fs,重复率10到100 MHz,平均功率为几个毫瓦。

大体上,拥有更高的平均功率和脉冲能量的激光器是可行的,如与展宽脉冲光纤激光器或自相似脉冲激光器,或与一个光纤放大器结合。

全光纤的解决方案在大规模生产中是相当划算的,当然,所需的努力是开发出一种光纤产品,高性能和高运行可靠性应能承受各种技术挑战。

染料激光器

钛蓝宝石激光器出现之前,超短脉冲产生领域由染料激光器主导。染料激光器的增益带宽允许脉冲持续时间为10 fs级别,不同的激光染料适用于各种发射波长,且常在可见光谱的范围内。由于染料激光器一些处理中的缺点,飞秒染料激光器不再经常使用。

『半导体』激光器

一些锁模二极管激光器可以产生飞秒级别的脉冲。在激光器的直接输出端,脉冲持续时间通常至少几百飞秒,但利用外部脉冲压缩,可以获得持续时间更短的脉冲。

被动锁模的垂直外腔面发射激光器(VECSELs)也是可能实现的;这种类型的激光器受关注,主要是因为它可以提供一种结合的特点,短脉冲持续时间,脉冲重复率高,时而有很高的平均输出功率,但是它不适合于很高的脉冲能量。

其他类型

更多特别类型的飞秒激光器是色心激光器和自由电子激光器。后者可以发射飞秒脉冲甚至X-射线形式的脉冲。

飞秒激光器的一些重要特性

飞秒激光器的一些主要性能指标如下:

还有另外一些很重要的方面:

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