气体激光器产生微微秒脉冲的挑战与技术

本文主要探讨了微微秒脉冲激光的产生方法，重点比较了气体激光器与其他类型激光器在产生短脉冲时的优劣，并介绍了锁模技术在这一领域的重要性。 在激光技术中，微微秒脉冲激光的生成是一个关键的研究领域，尤其在精密测量、材料加工和高速通信等领域有着广泛应用。气体激光器，如氦氖激光器和准分子激光器，尽管历史悠久且种类繁多，但在产生微微秒脉冲时面临挑战，因为它们的增益带相对较窄。相比之下，染料激光器等其他类型的激光器由于具有更宽的增益带，更适合产生短脉冲。 表1列举了几种代表性的短光脉冲产生方法，包括Q开关、倾腔器和锁模技术。其中，锁模技术是产生微微秒脉冲的首选，尤其是强制锁模方式。图1展示了一个强制锁模激光器的结构示例，通常采用声光调制器作为锁模器，特别是在茧离子激光器中，它还可以用于同步激发染料激光器。 锁模技术的工作原理是通过调制激光器内部的增益介质，使其在多个频率上同时振荡，从而产生一系列等间隔的脉冲。脉冲宽度`tp`与锁模器的同步频率`fp`和增益带宽`.dv`有关，通常遵循公式`tp ≈ (.dv * fp)^{-1/2}`。对于不同类型的激光器，这个关系会有所不同。例如，在均匀宽带激光器中，脉冲宽度受限于`.dv`，而在窄带高增益激光器中，`tp`则受`.dv`和`fp`共同影响。 在强制锁模中，`tp`与调制强度的关系不太显著，通常呈现线性关系。实际应用中，例如在氦离子激光器中，可以得到约100微微秒的脉冲宽度，而氮-氛激光器的脉冲宽度在0.3到1毫微秒之间，二氧化碳激光器则约为1毫微秒，同步频率通常在50到500兆赫的范围内。气体激光器，特别是那些具有较宽增益带的紫外激光器（如准分子和氮分子激光器），具有产生微微秒脉冲的巨大潜力。 为了进一步缩短脉冲宽度，科研人员正在研究更强的锁模器和可饱和吸收体，以适应这些激光器的特性。此外，通过染料或YAG激光器锁模产生的高次谐波光作为种子源，再用准分子激光器（如氯化氙）进行放大或注入同步振荡，也是实现高功率微微秒紫外激光的一种途径。 微微秒脉冲激光的产生涉及多种技术和方法，其中锁模技术尤其重要。随着科技的进步，对激光脉冲控制的精度不断提高，这将进一步推动激光技术在各个领域的应用发展。