固體激(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)是最常見也是從技(ji)術角度而言(yan)最重(zhong)要的(de)調Q激(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)類型，但(dan)是光(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)也能(neng)以(yi)調Q工作(zuo)，并可通過光(guang)(guang)纖(xian)放大器(qi)(qi)提高平均功率，而微片(pian)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)則以(yi)極短的(de)腔長提供(gong)更窄的(de)脈寬。
主動和被動調Q
主(zhu)動調(diao)Q激光(guang)器(qi)通(tong)過調(diao)制(zhi)器(qi)主(zhu)動調(diao)制(zhi)腔內(nei)損耗。比如(ru)在腔內(nei)插入聲光(guang)調(diao)制(zhi)器(qi)，施加RF功率時使(shi)部(bu)分光(guang)束通(tong)過衍射溢出(chu)腔外，激光(guang)介質中存(cun)儲高能量(liang)后(hou)忽然關閉RF功率形成(cheng)并輸出(chu)激光(guang)脈沖。
被動調Q激光(guang)(guang)(guang)器通過可飽(bao)和吸(xi)收(shou)體調制(zhi)腔內損耗(hao)。對(dui)于可飽(bao)和吸(xi)收(shou)體，低(di)強(qiang)度光(guang)(guang)(guang)被吸(xi)收(shou)，高強(qiang)度光(guang)(guang)(guang)透射，因此可通過腔內光(guang)(guang)(guang)強(qiang)被動調制(zhi)損耗(hao)。
用于(yu)調(diao)Q的(de)可飽和(he)(he)吸收(shou)(shou)體一般(ban)是摻(chan)(chan)雜過渡金屬離(li)子(zi)的(de)晶體或玻璃。比如(ru)，Cr4+:YAG晶體常用于(yu)1.064μm Nd:YAG激光器(qi)(qi)(包(bao)括微片(pian)激光器(qi)(qi))，V3+:YAG晶體則適合1.3μm激光器(qi)(qi)。調(diao)制深度取(qu)決于(yu)摻(chan)(chan)雜濃度和(he)(he)晶體長(chang)度，而飽和(he)(he)能量可通過吸收(shou)(shou)體中的(de)模場調(diao)節。可飽和(he)(he)吸收(shou)(shou)離(li)子(zi)也可摻(chan)(chan)雜在光纖(xian)中。
半導體可(ke)飽和(he)吸收(shou)反射鏡(SESAM)特別適合微片激(ji)光(guang)器，它(ta)幾乎不增加腔長，所以脈寬可(ke)以非常(chang)窄，而且性能參(can)數(shu)還(huan)可(ke)通過(guo)設(she)計(ji)和(he)材料優化。另外，可(ke)飽和(he)吸收(shou)體還(huan)可(ke)以是摻量子點(比如硫(liu)化鉛)的玻(bo)璃、染料溶液甚至氣體。
調Q固體激光器
固(gu)體激光介質一般摻(chan)雜(za)三價稀(xi)土離子，比如釹、鐿和鉺(er)，也有少數摻(chan)雜(za)鈦和鉻等過渡(du)金屬離子。下表列出了(le)一些最常用的固(gu)體調Q增益介質及其主要特性(xing)。
小型主動調Q固體激光(guang)(guang)器(qi)通過(guo)1到(dao)20W激光(guang)(guang)二極管連(lian)續(xu)泵浦可(ke)產生高(gao)達10mJ量級(ji)的(de)脈沖能(neng)量(比如1kHz重頻(pin)和10W平均功率)。典型脈寬在(zai)幾到(dao)幾百納(na)秒，對(dui)于100ns脈寬，10mJ脈沖能(neng)量對(dui)應約(yue)90kW峰值功率。被動調Q激光(guang)(guang)器(qi)的(de)脈沖能(neng)量一(yi)般更低。
對于更高(gao)能量但低重頻(pin)激光(所以(yi)平(ping)均功率一般)，可以(yi)使用脈沖泵(beng)浦，比(bi)如準連續二極管或閃(shan)光燈泵(beng)浦。使用不(bu)是很(hen)大的閃(shan)光燈泵(beng)裝置(zhi)可產生數焦耳的脈沖能量。
對于高平(ping)均功率(lv)和(he)中高重頻，一般(ban)使(shi)用高功率(lv)激光二(er)極(ji)管連續泵浦。比如(ru)，碟片式Yb:YAG激光器能以較長脈寬(比如(ru)1μs)輸出(chu)數百瓦平(ping)均功率(lv)。摻釹板條激光器可產生更短的(de)脈寬，并且輸出(chu)高功率(lv)、高質量光束(shu)。提高功率(lv)的(de)另(ling)一種方(fang)法是使(shi)用主振蕩功率(lv)放大器(MOPA)結構(gou)。
調Q微片激光器
微片激光(guang)器具(ju)有非(fei)常短的(de)腔(qiang)，特(te)別是通過半導(dao)體(ti)可飽和吸收鏡(SESAM)被動(dong)調Q工作。因為(wei)光(guang)場(chang)幾乎(hu)不穿(chuan)透SESAM，所以(yi)腔(qiang)長基本只取決(jue)于晶(jing)體(ti)厚度。下(xia)圖所示為(wei)SESAM被動(dong)調Q微片激光(guang)器的(de)基本結構。
如(ru)果晶(jing)體具有(you)高(gao)泵浦吸收率和高(gao)增益，比如(ru)Nd:YVO4晶(jing)體，可產(chan)生遠小于100 ps的脈寬，但是(shi)脈沖(chong)能(neng)量(liang)一(yi)般無法超過1μJ太多(duo)。這種激(ji)光器的困難之一(yi)是(shi)制備(bei)既具有(you)高(gao)調制深度、飽和能(neng)量(liang)也不(bu)太低(di)的SESAM組件(jian)。飽和能(neng)量(liang)太高(gao)可能(neng)造(zao)成SESAM損傷。
微片激(ji)光(guang)器(qi)也(ye)可通過小型電光(guang)調制器(qi)以(yi)主動調Q工作，但由于腔長(chang)增加，脈(mo)寬也(ye)因(yin)此(ci)變長(chang)。微片激(ji)光(guang)器(qi)可實(shi)現(xian)非常高的脈(mo)沖重頻(pin)，比(bi)如被動調Q可達(da)到數MHz級(ji)別(bie)，但是提高重頻(pin)時脈(mo)寬也(ye)會(hui)更長(chang)。
短腔也更容易實現(xian)單模輸(shu)出。盡(jin)管(guan)脈沖能(neng)量低，但由于脈寬窄，所(suo)以峰值(zhi)功率較高(gao)，足夠實現(xian)高(gao)效的(de)非線性頻率轉換。所(suo)以，微片激光(guang)(guang)器能(neng)以很緊湊(cou)的(de)系統提供可見光(guang)(guang)、紫外或(huo)中(zhong)紅外輸(shu)出。
光纖激光器
光纖激光器(qi)也能(neng)主動(dong)(dong)或被動(dong)(dong)調Q工作(zuo)，但是實施有所局限：
適合全(quan)光纖器件的(de)調制器選擇有限，而且主要用于很小(xiao)模場(chang)的(de)單模光纖，因此非線性效應、光纖損傷和放(fang)大自(zi)發(fa)輻射(ASE)非常限制性能。
使(shi)用(yong)包層泵浦大模場光纖可顯著提高(gao)能量(比如1mJ以(yi)上(shang))，但是此類(lei)系統需要在腔(qiang)內使(shi)用(yong)塊體(ti)光學組件，這(zhe)樣將失(shi)去(qu)全光纖的技術優勢，而且性能無法達到固體(ti)激光水平。
下(xia)表總(zong)結(jie)了調(diao)Q光纖激光器的一些(xie)發(fa)展(zhan)進程，數據來源Fiber Lasers (CRC出版(ban)社，2016年版(ban))。
但是(shi)，通過高功率光(guang)纖放大器可(ke)放大脈(mo)(mo)沖(chong)，提高平均功率，即使脈(mo)(mo)沖(chong)能(neng)量一(yi)般(ban)。放大器中可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)一(yi)定的非(fei)線性脈(mo)(mo)沖(chong)畸變，不過在(zai)其應用中也可(ke)以接受。
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