运用超快激光器可以实现哪些功能？
发布时间：2020-08-24 17:51
所谓超快激光器，是指脉冲宽度在皮秒量级及以下的脉冲激光。纳秒、皮秒、飞秒都是时间单位，1ns＝10?9s，1ps＝10?12s，1fs＝10?15s。这个时间单位，表示的是一个激光脉冲的脉冲宽度，简言之就是在如此短暂的时间内输出一个脉冲激光。由于其输出单脉冲时间非常非常短，因此这样的激光称为超快激光。激光技术诞生以来，超快激光就是激光研究的重点。
1960年，第一台激光器--红宝石激光器问世为超快过程的研究打开了门户，随后出现的调Q技术和锁模技术使得超快激光取得了长足进步。20世纪80年代，超快光谱学发生了革命性的变化。对撞脉冲锁模（CPM）的概念引入了染料激光器，皮秒激光脉冲被压缩到了飞秒（fs）时域，产生了100 fs的脉冲。但是克尔效应导致的自聚焦及元件损伤的问题限制了超宽激光的进一步发展。直到1985年CPA技术的出现，解决了这一难题，成为了超快激光发展史上的里程碑。运用超快激光器可以实现哪些功能？
1960年，第一台激光器--红宝石激光器问世为超快过程的研究打开了门户，随后出现的调Q技术和锁模技术使得超快激光取得了长足进步。20世纪80年代，超快光谱学发生了革命性的变化。对撞脉冲锁模（CPM）的概念引入了染料激光器，皮秒激光脉冲被压缩到了飞秒（fs）时域，产生了100 fs的脉冲。但是克尔效应导致的自聚焦及元件损伤的问题限制了超宽激光的进一步发展。直到1985年CPA技术的出现，解决了这一难题，成为了超快激光发展史上的里程碑。运用超快激光器可以实现哪些功能？
超快激光的重要技术——调Q技术。
在CPA技术诞生之前，调Q技术与锁模技术是超快激光普遍采用的技术。所谓调Q就是指调节激光器的Q值的技术。在激光器泵浦的初期，把谐振腔的Q值调得很低，使激光器暂时不满足振荡条件，在泵浦脉冲的激励下获得很高的粒子数密度时，再迅速调大谐振腔的Q值，此时反转粒子数密度远大于阈值反转粒子数密度，激光振荡迅速建立并达到很高的峰值功率，同时反转粒子数迅速被耗尽，脉冲很快结束，这样就获得了具有窄脉冲宽度和大峰值功率的激光脉冲。利用调Q技术能够建立纳秒脉冲的输出。
在CPA技术诞生之前，调Q技术与锁模技术是超快激光普遍采用的技术。所谓调Q就是指调节激光器的Q值的技术。在激光器泵浦的初期，把谐振腔的Q值调得很低，使激光器暂时不满足振荡条件，在泵浦脉冲的激励下获得很高的粒子数密度时，再迅速调大谐振腔的Q值，此时反转粒子数密度远大于阈值反转粒子数密度，激光振荡迅速建立并达到很高的峰值功率，同时反转粒子数迅速被耗尽，脉冲很快结束，这样就获得了具有窄脉冲宽度和大峰值功率的激光脉冲。利用调Q技术能够建立纳秒脉冲的输出。
超快激光的重要技术——锁模技术。
锁模是激光器产生超短脉冲的重要技术。激光器光腔内存在多种模式的激光脉冲，当这些模式相互间的相位实现相长干涉时才产生激光超短脉冲或称锁模脉冲输出。锁模一般分为两类：一类是主动锁模，另一类是被动锁模。前者是从外部向激光器输入信号周期性地调制激光器的增益或损耗，达到锁模；后者则采用饱和吸收器，利用其非线性吸收达到锁定相对相位，产生超短脉冲输出。
锁模是激光器产生超短脉冲的重要技术。激光器光腔内存在多种模式的激光脉冲，当这些模式相互间的相位实现相长干涉时才产生激光超短脉冲或称锁模脉冲输出。锁模一般分为两类：一类是主动锁模，另一类是被动锁模。前者是从外部向激光器输入信号周期性地调制激光器的增益或损耗，达到锁模；后者则采用饱和吸收器，利用其非线性吸收达到锁定相对相位，产生超短脉冲输出。
超快激光的革命性技术——CPA技术。
锁模技术出现以后，利用锁模技术产生具有皮秒及飞秒脉宽的超短脉冲激光，这类脉冲激光不仅可以用来研究观察分子、原子等微观世界粒子的超快动力学行为，揭示掩盖在瞬态过程中的科学现象与规律，而且比纳秒乃至微秒等长脉冲激光具有高数个量级的峰值功率。因此进一步放大超短脉冲激光，是产生高峰值功率激光的当然选择。但随着激光峰值功率的提高，人们面临的一个重要问题是激光在达到放大饱和前，就由于强度依赖的克尔效应导致的自聚焦及元件损伤，正是由于该原因，激光强度的进一步发展遭遇了巨大瓶颈。直到1985 年，当时在美国罗切斯特大学工作的Gérard Mouro教授和他的博士生Donna Strickland巧妙地提出了啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification，CPA）的概念，从而有效解决了这一矛盾，引发了激光峰值功率的飞跃。
