運用超快激光器可以實現(xiàn)哪些功能？
發(fā)布時間：2020-08-24 17:51
所謂超快激光器，是指脈沖寬度在皮秒量級及以下的脈沖激光。納秒、皮秒、飛秒都是時間單位，1ns＝10?9s，1ps＝10?12s，1fs＝10?15s。這個時間單位，表示的是一個激光脈沖的脈沖寬度，簡言之就是在如此短暫的時間內(nèi)輸出一個脈沖激光。由于其輸出單脈沖時間非常非常短，因此這樣的激光稱為超快激光。激光技術(shù)誕生以來，超快激光就是激光研究的重點。
1960年，第一臺激光器--紅寶石激光器問世為超快過程的研究打開了門戶，隨后出現(xiàn)的調(diào)Q技術(shù)和鎖模技術(shù)使得超快激光取得了長足進步。20世紀80年代，超快光譜學發(fā)生了革命性的變化。對撞脈沖鎖模（CPM）的概念引入了染料激光器，皮秒激光脈沖被壓縮到了飛秒（fs）時域，產(chǎn)生了100 fs的脈沖。但是克爾效應導致的自聚焦及元件損傷的問題限制了超寬激光的進一步發(fā)展。直到1985年CPA技術(shù)的出現(xiàn)，解決了這一難題，成為了超快激光發(fā)展史上的里程碑。運用超快激光器可以實現(xiàn)哪些功能？
1960年，第一臺激光器--紅寶石激光器問世為超快過程的研究打開了門戶，隨后出現(xiàn)的調(diào)Q技術(shù)和鎖模技術(shù)使得超快激光取得了長足進步。20世紀80年代，超快光譜學發(fā)生了革命性的變化。對撞脈沖鎖模（CPM）的概念引入了染料激光器，皮秒激光脈沖被壓縮到了飛秒（fs）時域，產(chǎn)生了100 fs的脈沖。但是克爾效應導致的自聚焦及元件損傷的問題限制了超寬激光的進一步發(fā)展。直到1985年CPA技術(shù)的出現(xiàn)，解決了這一難題，成為了超快激光發(fā)展史上的里程碑。運用超快激光器可以實現(xiàn)哪些功能？
超快激光的重要技術(shù)——調(diào)Q技術(shù)。
在CPA技術(shù)誕生之前，調(diào)Q技術(shù)與鎖模技術(shù)是超快激光普遍采用的技術(shù)。所謂調(diào)Q就是指調(diào)節(jié)激光器的Q值的技術(shù)。在激光器泵浦的初期，把諧振腔的Q值調(diào)得很低，使激光器暫時不滿足振蕩條件，在泵浦脈沖的激勵下獲得很高的粒子數(shù)密度時，再迅速調(diào)大諧振腔的Q值，此時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度遠大于閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度，激光振蕩迅速建立并達到很高的峰值功率，同時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)迅速被耗盡，脈沖很快結(jié)束，這樣就獲得了具有窄脈沖寬度和大峰值功率的激光脈沖。利用調(diào)Q技術(shù)能夠建立納秒脈沖的輸出。
在CPA技術(shù)誕生之前，調(diào)Q技術(shù)與鎖模技術(shù)是超快激光普遍采用的技術(shù)。所謂調(diào)Q就是指調(diào)節(jié)激光器的Q值的技術(shù)。在激光器泵浦的初期，把諧振腔的Q值調(diào)得很低，使激光器暫時不滿足振蕩條件，在泵浦脈沖的激勵下獲得很高的粒子數(shù)密度時，再迅速調(diào)大諧振腔的Q值，此時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度遠大于閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度，激光振蕩迅速建立并達到很高的峰值功率，同時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)迅速被耗盡，脈沖很快結(jié)束，這樣就獲得了具有窄脈沖寬度和大峰值功率的激光脈沖。利用調(diào)Q技術(shù)能夠建立納秒脈沖的輸出。
超快激光的重要技術(shù)——鎖模技術(shù)。
鎖模是激光器產(chǎn)生超短脈沖的重要技術(shù)。激光器光腔內(nèi)存在多種模式的激光脈沖，當這些模式相互間的相位實現(xiàn)相長干涉時才產(chǎn)生激光超短脈沖或稱鎖模脈沖輸出。鎖模一般分為兩類：一類是主動鎖模，另一類是被動鎖模。前者是從外部向激光器輸入信號周期性地調(diào)制激光器的增益或損耗，達到鎖模；后者則采用飽和吸收器，利用其非線性吸收達到鎖定相對相位，產(chǎn)生超短脈沖輸出。
鎖模是激光器產(chǎn)生超短脈沖的重要技術(shù)。激光器光腔內(nèi)存在多種模式的激光脈沖，當這些模式相互間的相位實現(xiàn)相長干涉時才產(chǎn)生激光超短脈沖或稱鎖模脈沖輸出。鎖模一般分為兩類：一類是主動鎖模，另一類是被動鎖模。前者是從外部向激光器輸入信號周期性地調(diào)制激光器的增益或損耗，達到鎖模；后者則采用飽和吸收器，利用其非線性吸收達到鎖定相對相位，產(chǎn)生超短脈沖輸出。
超快激光的革命性技術(shù)——CPA技術(shù)。
鎖模技術(shù)出現(xiàn)以后，利用鎖模技術(shù)產(chǎn)生具有皮秒及飛秒脈寬的超短脈沖激光，這類脈沖激光不僅可以用來研究觀察分子、原子等微觀世界粒子的超快動力學行為，揭示掩蓋在瞬態(tài)過程中的科學現(xiàn)象與規(guī)律，而且比納秒乃至微秒等長脈沖激光具有高數(shù)個量級的峰值功率。因此進一步放大超短脈沖激光，是產(chǎn)生高峰值功率激光的當然選擇。但隨著激光峰值功率的提高，人們面臨的一個重要問題是激光在達到放大飽和前，就由于強度依賴的克爾效應導致的自聚焦及元件損傷，正是由于該原因，激光強度的進一步發(fā)展遭遇了巨大瓶頸。直到1985 年，當時在美國羅切斯特大學工作的Gérard Mouro教授和他的博士生Donna Strickland巧妙地提出了啁啾脈沖放大（Chirped Pulse Amplification，CPA）的概念，從而有效解決了這一矛盾，引發(fā)了激光峰值功率的飛躍。
