脉冲光纤激光器（飞秒范围：“高速”）

高速激光器的脉冲宽度通常在 10 飞秒到 10 皮秒之间。

由于激光-物质效应是“无热的”，因此这些源现在对许多激光-物质相互作用应用具有重要意义。 物质直接从固态转变为等离子态，而不经过液态。 这提供了非常高的加工分辨率，现在被广泛用于半导体、眼科手术和智能手机行业。

这里也使用了典型的放大 MOPA 架构。 然而，还需要考虑两个重要原则：

锁模原理是种子源“振荡器”的基础：

海森堡原理指出，放大光谱带宽和脉冲持续时间的乘积不能低于给定值。 也就是说，超短脉冲即宽光谱发射带宽。 100 的飞秒脉冲意味着 10 纳米的光谱带宽。 超短激光器具有宽发射带宽和许多空腔共振模。

只有当各种模式都处于同相位时，给定的发射模式组合的傅里叶变换才会得到一个超短脉冲。 因此，制造超短脉冲激光器包括建立一个宽放大腔，并添加一些元件，然后通过调制腔内的损耗使腔模同相发射。 可以使用有源调制器，例如 AOM（声光调制器）或 EOM（电光调制器）。 SESAM（半导体可饱和吸收介质）等无源版本通常是构建基于工业光纤激光器的极速振荡器的最佳解决方案。

锁模腔在腔体长度和超短脉冲重复率之间有直接关系。 典型的锁模振荡器的脉冲重复率在 1-100 MHz 范围内。

光学参量啁啾脉冲放大 (OPCPA)：

放大锁模振荡器信号需要放大超短脉冲的高频信号。 它主要有三大困难：

1. 首先，如果想要获得足够的能量来对物质产生影响（即超过 1 微焦耳），保持 50 MHz 的重复频率需要 50 W，这可能需要数百瓦的泵浦功率才能对物质产生很小的影响。 因此，可以通过挑选一些脉冲并将重复率降低到 kHz 范围的办法来降低振荡器的脉冲重复率。

高速振荡器通常在 MHz/nJ 范围内，而用于激光微加工的放大激光器通常在 kHz/µJ 范围内。

脉冲拾取通常由光纤或非光纤 AOM（声光调制器）操作。

AeroDIODE 开发了一种用于脉冲拾取同步的通用工具。 它允许设计者以所需的低频率产生一个触发门，与来自光电二极管的输入时钟信号同步。

图 1：AeroDIODE 提供的脉冲选择器同步电子设备。

2. 其次，放大超短脉冲会产生两个后果。 考虑晶体放大器时，峰值功率很快达到损坏阈值。 在考虑光纤放大器介质时，一些非线性效应会迅速破坏脉冲特性。 因此，有必要以这样一种方式拉伸脉冲宽度，以便在放大处理之后可以返回到短脉冲。 在这种情况下使用的效果被称为“色散”。 它通过耦合其光谱和时间特性（脉冲开始时的一种“颜色”和脉冲结束时的另一种“颜色”）来拉伸脉冲。 在放大之前可以使用一种特殊的“空心”光纤来拉伸脉冲，而空间光栅通常用于压缩放大的脉冲并高速放大脉冲。

图 2：OPCPA 原理（由 S. Witte 等人提供）

3. 第三，光纤内的超短脉冲宽度非常迅速地产生非线性效应，所有的高速放大光纤激光器都结合了一些光纤部分和一些非光纤部分。 一个好的非线性效应模拟软件，比如Fiberdesk在这里是必要的。