文档介绍：锁模脉冲激光器概述
张斌
北京工业大学应用数理学院 010611 班
指导教师:宋晏蓉

摘要本文概述了锁模激光器的发展历史和发展方向、激光超短脉冲技术的分类及应用。
关键词锁模,脉冲,激光器

一、引言
自从1964年第一台锁模激光器问世以来,超短脉冲激光器的研制工作已有了飞速发展,到目前
为止已经可产生脉宽几个飞秒,峰值功率TW(1012瓦)级,激光波长从紫外到红外的全光谱范围的
超短、超强脉冲激光器。缩短脉冲激光器脉冲宽度的方法主要经历了三次革新,即调Q脉冲激光器
阶段、主动、被动锁模激光器阶段和克尔锁模激光器阶段。随着超短脉冲激光技术的飞速发展,目
前人们已能从克尔透镜锁模(KLM)的掺钛蓝宝石飞秒激光器中直接产生脉冲宽度不到两个光学周
期的激光脉冲(对于800nm的中心波长,)。同时在得到高峰值功率的脉
冲输出方面也作了很多尝试,目前利用啁啾脉冲放大技术(CPA)所能获得的最高脉冲峰值功率已
经突破了200TW [1]。由于输出的脉宽窄、峰值功率高、光谱范围宽这些特点,使超短脉冲激光器广
泛应用于各个领域。如高峰值功率的脉冲激光器被用于产生高次谐波,用于“水窗”和X射线的应用中。
而高重复率的脉冲激光器在信息处理、通信(波分复用)、互联网及光全息技术、激光光谱等领域中
均有广泛用途。也正是由于这些重要领域对超短光脉冲源的需求,促使从事激光领域研究的人们一
直在不断努力探索,用各种手段,各种方法得到脉宽越来越窄,峰值功率越来越高,波长范围连续
可调并覆盖全波段的相干光脉冲,并不断地改进其锁模方式和泵浦方式,使激光器向小型化、全固
化方向发展。

二、锁模脉冲激光器的发展历史
自本世纪60年代第一台激光器诞生以来,由于此新型光源具有以前光源所不具有的优点,如单
色性好、相干性好、高亮度等,使激光技术得到了飞速发展,其中发展的一个重要方向是缩短输出
脉冲宽度,就锁模脉冲激光技术领域来研究,大致可以分为四个发展阶段:
60年代中期10 −9 s ~10 −10 s 为第一阶段,其特征是各种锁模理论的建立和各种锁模方法的试验
探索。这属于超短激光脉冲的初始阶段。
70年代中后期10-11~10-12s为第二阶段,其特征是各种锁模方式和理论(如主动锁模、被动锁模、
同步泵浦锁模等)逐步成熟,并在物理和化学领域展开了皮秒(10-12s)级的初步应用。
80年代为第三阶段,其主要特征是脉冲宽度已进入飞秒(10-15s)阶段。它是以所谓碰撞锁模染
料激光器为主要代表,该激光器就其基本的锁模原理来说依然为被动锁模,在锁模机理和方法上并
没有根本突破,但是由于脉冲的碰撞效应,使该激光器不仅能够产生,而且能够稳定地运转在飞秒
量级。这展开了超快激光极其重要和十分活跃的新研究领域—飞秒激光技术与科学。
90 年代初开始了超短激光脉冲的第四阶段。这一阶段的主要特征并不表现脉冲宽度的进一步压
缩,而是在产生飞秒激光的介质方面有新突破。具有突破性的研究是1991年,D. E. Spence[2]等人利
用氩离子激光做泵浦源,用SF14棱镜补偿腔内色散,首次研制成功以掺钛蓝宝石为增益介质的飞秒
自锁模激光器,标志着固体飞秒激光器进入了一个新的