脉冲光纤激光器（皮秒范围）
发布时间：2023-04-28 08:00:00 阅读数： 94
皮秒光纤激光器在 10 皮秒到 1 纳秒的脉冲宽度范围内工作。 这些不属于“超快”范围。 超快一般与产生低于10皮秒的脉冲宽度的特殊架构有关，最常见的是飞秒范围。
这些皮秒激光器与图 17 中描述的 MOPA 纳秒光纤激光器架构非常相似。 唯一的主要区别来自种子源，因为很难通过直接脉冲半导体激光管来获得非常短的脉冲。 因此，我们可以将皮秒光纤激光器架构分为 3 类：
- 增益开关控制的直接半导体激光管种子源
获得皮秒光纤激光器的最简单配置是使用半导体激光管的增益开关效应（见上文）。 这种效应发生在光脉冲的前100皮秒，当一个短的电子脉冲被施加到半导体激光管时（见图18）。 Picoquant或NKT（前 Onefive ）等公司经常在放大之前使用该效应。
使用增益切换方法很难获得稳定的脉冲。 这限制了半导体激光管的选择、半导体激光管集成（光纤耦合）和驱动器电子性能。 这些半导体激光管达到的能量通常约为 10 皮焦，因此达到 1 mJ 需要 80 dB 增益。 已知典型的放大器级增益约为 15 dB，它需要大约 5 级放大，每个级必须包含所有隔离器、ASE 滤波器和半导体激光管泵，这种方法被用来创建皮秒光纤激光器。
- 外部调制种子源：
实现短脉冲的另一种方法是使用非常快的外部光纤调制器，如我们的教程“光纤调制器基础”中描述的 EOM（电光调制器）。 通过脉冲光源半导体激光管可以克服此类组件的峰值功率限制。 在任何情况下，该方法都会造成损耗，具体表现为每个种子源脉冲的能量非常低，从而导致放大步骤损失严重。
- 微芯片种子源：
为光纤激光器制造短脉冲种子源的第三种方法是利用晶体腔的Q开关效应。 这些元件使用带有可饱和吸收体的晶体增益介质（例如 Nd:YAG 或 Nd:YVO4）。
“微芯片种子源”组件在历史上一直用于产生纳秒脉冲（以 Cr4+:YAG 作为可饱和吸收体），在给定的重复频率下通常产生 3-10 ns 的脉冲。
最近，人们利用半导体技术开发了非常快速的可饱和吸收体。 这些被称为 SESAM（半导体可饱和吸收介质）。 像Batop提供的组件现在被广泛使用，产生的脉冲小于 30 皮秒。 808 nm 泵浦通常用于 Nd 3+泵浦。 在 100 纳秒范围内对泵进行脉冲是控制重复率的一个好方法。
图1：用于产生皮秒脉冲的标准微芯片种子源。 这里可以使用纳秒脉冲 808nm 单模泵来控制微芯片的重复率。
