什么是空间洞燃烧（Spatial Hole Burning）？

空间洞燃烧是激光系统中发生的一种现象，当几束光通过具有不均匀吸收的激光介质时，就会出现这种现象。它指的是介质的某些区域经历了增益损失的过程，导致输出光束中出现空洞。激光系统的性能可能受到这种现象的制约，特别是在需要高光功率的时候。这种现象发生在某些类型的光学材料中。

要观察和控制空间洞燃烧，必须满足几个要求。

材料的强吸收线--材料在光场的波长处必须有非常强的吸收线。
群体反转的条件--材料中的激发原子或离子必须多于基态原子或离子。
空间限制的光场--强度的空洞只发生在光场足够强的区域，以产生群体反转。
材料的长荧光寿命--长荧光寿命允许上层和下层的种群积累到足以产生种群反转。
空间洞燃烧发生在均匀拓宽的激光介质中，当光学干涉图案被用来选择性地去除存在强吸收材料的空间位置。当一个系统经历空间洞燃烧时，系统的一些区域与其他区域相比吸收光更强，导致空洞或光强度下降的区域。

在空间洞燃烧中，当单一纵向模式的驻波模式在均匀拓宽的介质内发展时，沿着增益介质的长度的激光强度模式是有规律的间隔。这种间隔发生在半波长的间隔内，在腔镜和镜面之间的每个半波长的间隙处，强度为零。在增益介质内，增益曲线呈现出周期性的空间变化，与激光强度曲线相位相差90度。高阶横向模式可能利用这种周期性的优势来产生强大的次级模式。为了在主模式中产生额外的增益，创建了环形激光器，以努力将光回收到系统中，并有一个小的相位误差。

图1：空间烧孔

空间洞燃烧的因素

材料中空间洞燃烧的发生和特性受到几个因素的影响。

吸收的光的强度
吸收过程的持续时间
材料的温度
空间洞燃烧是模式竞争的影响之一，对激光器的增益曲线有重大影响。模式竞争是指在一个激光系统中多个光模式竞争同一能量水平的现象。它导致了几种激光输出模式，这大大降低了每个竞争频段的放大器增益。这种增益降低表现为多普勒加宽发射，激光器的输出光谱密度由多普勒加宽光束的宽度决定。

空间洞燃烧的应用

尽管是激光器性能的一个限制因素，但有一些研究应用已经研究和利用了空间洞燃烧的影响。这些应用包括增益开关、光纤通信系统中的波分复用，以及在均匀拓宽的介质中获得高分辨率光谱的光谱学。尽管它们具有潜力，但这些应用仍处于发展的早期阶段，尚未在现实世界中广泛使用。