固體激(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)是最常見也是從(cong)技術角(jiao)度(du)而(er)言最重要的調(diao)Q激(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)類(lei)型(xing)，但是光(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)也能(neng)以調(diao)Q工(gong)作(zuo)，并可通過光(guang)(guang)纖(xian)放大(da)器(qi)(qi)(qi)提(ti)高平均功率，而(er)微片(pian)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)則以極(ji)短(duan)的腔長提(ti)供更窄的脈寬(kuan)。
主動和被動調Q
主動調(diao)Q激(ji)光(guang)器通(tong)過(guo)調(diao)制器主動調(diao)制腔(qiang)內(nei)損耗。比如在腔(qiang)內(nei)插入聲(sheng)光(guang)調(diao)制器，施加RF功(gong)率時使(shi)部(bu)分光(guang)束通(tong)過(guo)衍射(she)溢出腔(qiang)外，激(ji)光(guang)介質(zhi)中存儲高能量后忽然關閉RF功(gong)率形成并輸出激(ji)光(guang)脈沖。
被動調(diao)(diao)Q激光(guang)器通過可(ke)飽和(he)吸(xi)收體調(diao)(diao)制腔(qiang)內損(sun)耗(hao)。對于可(ke)飽和(he)吸(xi)收體，低(di)強(qiang)度(du)光(guang)被吸(xi)收，高(gao)強(qiang)度(du)光(guang)透射，因此(ci)可(ke)通過腔(qiang)內光(guang)強(qiang)被動調(diao)(diao)制損(sun)耗(hao)。
用于(yu)(yu)調(diao)Q的可(ke)飽和(he)吸(xi)收體(ti)一般是摻(chan)雜過渡金屬離子的晶(jing)體(ti)或(huo)玻璃。比如，Cr4+:YAG晶(jing)體(ti)常用于(yu)(yu)1.064μm Nd:YAG激光(guang)(guang)器(qi)(包括微片(pian)激光(guang)(guang)器(qi))，V3+:YAG晶(jing)體(ti)則適合1.3μm激光(guang)(guang)器(qi)。調(diao)制深度(du)取(qu)決(jue)于(yu)(yu)摻(chan)雜濃度(du)和(he)晶(jing)體(ti)長度(du)，而飽和(he)能(neng)量可(ke)通過吸(xi)收體(ti)中(zhong)的模場調(diao)節。可(ke)飽和(he)吸(xi)收離子也(ye)可(ke)摻(chan)雜在(zai)光(guang)(guang)纖中(zhong)。
半導體(ti)可飽和(he)吸收反射鏡(SESAM)特(te)別適合微片激(ji)光(guang)器(qi)，它幾乎(hu)不增(zeng)加腔長(chang)，所以脈寬(kuan)可以非常(chang)窄，而且性能(neng)參數(shu)還可通過設計和(he)材(cai)料優化(hua)(hua)。另外，可飽和(he)吸收體(ti)還可以是摻量子(zi)點(比(bi)如(ru)硫化(hua)(hua)鉛)的玻璃、染料溶液(ye)甚至(zhi)氣(qi)體(ti)。
調Q固體激光器
固(gu)體激光介質一般(ban)摻雜三價稀土離子，比(bi)如(ru)釹(nv)、鐿和鉺，也(ye)有少數摻雜鈦和鉻等過渡金屬離子。下表列出了(le)一些最常用的固(gu)體調Q增(zeng)益(yi)介質及(ji)其主要特(te)性。
小型(xing)主(zhu)動(dong)調Q固體(ti)激(ji)(ji)光(guang)(guang)器通過1到20W激(ji)(ji)光(guang)(guang)二極(ji)管連續泵(beng)浦可產生高達10mJ量級(ji)的脈沖(chong)能量(比如1kHz重頻和10W平均功率)。典型(xing)脈寬在幾到幾百納秒，對于(yu)100ns脈寬，10mJ脈沖(chong)能量對應(ying)約90kW峰值功率。被動(dong)調Q激(ji)(ji)光(guang)(guang)器的脈沖(chong)能量一般(ban)更(geng)低。
對于更高能量(liang)但低重頻激光(guang)(所以(yi)平均功率一般(ban))，可(ke)以(yi)使用脈(mo)沖(chong)泵浦，比如準(zhun)連續二極管或閃光(guang)燈(deng)泵浦。使用不是很大(da)的閃光(guang)燈(deng)泵裝置可(ke)產(chan)生數(shu)焦耳(er)的脈(mo)沖(chong)能量(liang)。
對于高平(ping)均(jun)功(gong)(gong)(gong)率和(he)中高重頻，一(yi)般使(shi)用(yong)高功(gong)(gong)(gong)率激光二極管連續泵浦。比如(ru)(ru)，碟(die)片式Yb:YAG激光器(qi)能以較(jiao)長脈(mo)寬(比如(ru)(ru)1μs)輸出數百瓦(wa)平(ping)均(jun)功(gong)(gong)(gong)率。摻釹板條激光器(qi)可產生更短的脈(mo)寬，并且輸出高功(gong)(gong)(gong)率、高質量光束。提高功(gong)(gong)(gong)率的另一(yi)種方法是使(shi)用(yong)主振蕩功(gong)(gong)(gong)率放大器(qi)(MOPA)結構。
調Q微片激光器
微(wei)片激光器(qi)具有非常短的腔(qiang)，特別是(shi)通過半導體(ti)可飽和吸收(shou)鏡(SESAM)被(bei)動(dong)調Q工作。因為光場幾(ji)乎不穿透SESAM，所以(yi)腔(qiang)長基本(ben)只取決于晶體(ti)厚度(du)。下(xia)圖所示為SESAM被(bei)動(dong)調Q微(wei)片激光器(qi)的基本(ben)結構。
如果(guo)晶體具有高(gao)泵(beng)浦(pu)吸(xi)收率和高(gao)增益，比如Nd:YVO4晶體，可產生(sheng)遠小(xiao)于(yu)100 ps的(de)脈(mo)寬，但是(shi)脈(mo)沖(chong)能(neng)量一般無法超過1μJ太多(duo)。這(zhe)種激光器的(de)困難之(zhi)一是(shi)制備(bei)既具有高(gao)調制深度、飽和能(neng)量也不太低的(de)SESAM組(zu)件。飽和能(neng)量太高(gao)可能(neng)造成SESAM損(sun)傷。
微(wei)片激(ji)光(guang)(guang)器也(ye)(ye)可(ke)(ke)通過小型電光(guang)(guang)調(diao)制器以主動(dong)調(diao)Q工作(zuo)，但由于(yu)腔長(chang)(chang)增加，脈寬(kuan)(kuan)也(ye)(ye)因此變長(chang)(chang)。微(wei)片激(ji)光(guang)(guang)器可(ke)(ke)實(shi)現(xian)非常高的脈沖(chong)重頻(pin)(pin)，比如被動(dong)調(diao)Q可(ke)(ke)達到(dao)數MHz級(ji)別，但是提高重頻(pin)(pin)時脈寬(kuan)(kuan)也(ye)(ye)會更長(chang)(chang)。
短(duan)腔也(ye)更(geng)容易實(shi)現單模輸(shu)出。盡管脈(mo)沖(chong)能量低，但(dan)由于脈(mo)寬(kuan)窄，所(suo)以峰值功率較高，足夠實(shi)現高效的非線性頻率轉換。所(suo)以，微片激光(guang)器能以很緊湊(cou)的系統提(ti)供(gong)可見(jian)光(guang)、紫(zi)外或中(zhong)紅外輸(shu)出。
光纖激光器
光(guang)纖激光(guang)器也能主動(dong)或被動(dong)調Q工作，但是實施有所局限：
適合全光(guang)纖器件(jian)的調制器選擇有(you)限(xian)，而且主要用于(yu)很(hen)小(xiao)模場的單(dan)模光(guang)纖，因(yin)此(ci)非線性效(xiao)應、光(guang)纖損傷和放(fang)大(da)自(zi)發(fa)輻射(ASE)非常限(xian)制性能。
使(shi)用包層泵浦大模場光(guang)(guang)纖可顯著提(ti)高能量(比如1mJ以(yi)上)，但是(shi)此類系統需要在腔內使(shi)用塊體光(guang)(guang)學組件，這樣(yang)將失去全(quan)光(guang)(guang)纖的技(ji)術優勢，而且性能無(wu)法達到固體激光(guang)(guang)水(shui)平。
下表總結了調(diao)Q光(guang)纖激光(guang)器(qi)的一(yi)些發展進(jin)程(cheng)，數據來源Fiber Lasers (CRC出(chu)版社，2016年版)。
但(dan)是，通(tong)過高(gao)功率(lv)光纖(xian)放(fang)大(da)器可(ke)(ke)放(fang)大(da)脈(mo)沖(chong)，提高(gao)平(ping)均功率(lv)，即使脈(mo)沖(chong)能量(liang)一(yi)般。放(fang)大(da)器中可(ke)(ke)能存(cun)在一(yi)定的非線性脈(mo)沖(chong)畸(ji)變，不過在其應用中也可(ke)(ke)以接受。
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