自启动模式锁定 Self-starting mode locking

2022-10-26 17:02:27 浏览:505

定义

模式锁定,在打开激光后快速实现,无需外部干预。

一些被动锁模激光器在启动锁模过程时表现出困难:在打开泵浦电源后,它们通常以(可能嘈杂的)连续波模式启动,并且超短脉冲的产生只能在外部干预下开始,例如通过敲击激光谐振器的光学元件或振动镜子(移动镜技术)。).无需此类干预即可自动启动模式锁定的模式锁定激光器称为自启动。该特性对于实际应用显然很重要。

自启动体激光器

快速饱和吸收器在自启动模式锁定方面可能较差。

当体激光器的无源模式锁定是使用半导体饱和吸收镜(SESAM)或一些其他类型的“慢速”可饱和吸收器完成的时,通常可以实现自启动模式锁定。这种器件的有限恢复时间有助于自启动模式锁定,因为它降低了长脉冲的饱和功率,就像在启动阶段发生的那样,从而增加了当时的饱和效应。使用Kerr透镜锁模激光器时,自启动要困难得多,因为Kerr透镜提供了非常快的吸收器,其效果对于长脉冲来说很弱。请注意,Kerr镜头模式锁定有时被称为“自模式锁定”,因为它不需要可见的模式锁定装置,但不是以这种方式实现自启动模式锁定的意义上。

抑制可靠自启动的另一个因素是寄生性肠内反射的存在。即使所涉及的反射率非常小,它们也可能很重要,因为相干耦合可以发生在许多谐振器往返行程中。因此,在锁模激光器中,必须始终小心地抑制这种反射,例如,避免任何垂直于光束的光学表面(甚至是抗反射涂层的表面)。在环形激光中,寄生反射的影响往往较弱[7]

谐振器模式频率的不均匀间距也会抑制自启动。这可能是由色度色散和模式拉动效应引起的,这些效应可能来自空间孔燃烧等。

超长激光谐振器也是有问题的。

在具有长激光谐振器的锁模激光器(即具有低脉冲重复率)和产生极短脉冲的激光器中,自启动通常更难实现。这是由于峰值功率(在锁模状态下)与平均功率的巨大比率造成的。必须调整可饱和吸收体参数,以便在锁模条件下实现相当强(即不太强)的吸收体饱和度,这导致在连续波状态下发生的第一次波动只有非常微弱的影响。

光纤激光器

在光纤激光器中,寄生反射通常更难消除。对于也使用散装光学元件的设置尤其如此,例如光纤端的反射可能会导致问题。如果抛光角度足够大,角度抛光纤维末端是抑制这种效果的一种方法,但这种技术意味着额外的处理和对准工作。即使在光纤中,瑞利散射也会导致一定程度的背反射,特别是在稀土掺杂的光纤中。使自启动更加困难的其他因素是使用快速(人工)饱和吸收器,例如使用非线性偏振旋转实现的吸收器,以及通常较长的激光谐振器。

由于这些原因,超快光纤激光器通常表现出非自启动模式锁定,尽管所使用的吸收器通常具有较大的调制深度。例如,在打开激光器后,泵浦功率必须首先设置为模式锁定开始的高水平,然后降低到产生稳定的高质量脉冲的水平。

参考文献

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[7] K. Tamura et al., “Unidirectional ring resonators for self-starting passively mode-locked lasers”, Opt. Lett. 18 (3), 220 (1993), doi:10.1364/OL.18.000220
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