自啟動鎖模脈衝是指鎖模脈衝產生技術可以自啟動，即不需要得到外加的干擾信號就能實現鎖模。鎖模是光學中一種用於產生極短時間雷射脈衝技術，脈衝的長度一般在皮秒（10負十二次方秒）甚至飛秒（10負十五次方秒）。
基本介紹
- 中文名：自啟動鎖模脈衝
- 外文名：Self starting mode-locked pulse
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：自旋電子學
- 鎖模：用於產生極短時間雷射脈衝的技術
- 特點：可以自啟動
定義,鎖模技術,半導體可飽和吸收反射鏡,研究進展,
定義
自啟動鎖模脈衝是指鎖模脈衝產生技術可以實現自啟動，即不需要得到外加的干擾信號就能實現鎖模。
鎖模技術
鎖模是光學裡一種用於產生極短時間雷射脈衝的技術，脈衝的長度通常在皮秒（10負十二次方秒）甚至飛秒（10負十五次方秒）。該技術的理論基礎是在雷射共振腔中的不同模式間引入固定的相位關係，這樣產生的雷射被稱為鎖相雷射或鎖模雷射。這些模式之間的干涉會使雷射產生一系列的脈衝。根據雷射的性質，這些脈衝可能會有極短的持續時間，甚至可以達到飛秒的量級。
克爾透鏡鎖模技術（kerr lens modelocking，KLM）已成為產生飛秒雷射短脈衝的重要手段，但它的主要缺陷是難以自啟動，只有得到外加的干擾信號才能實現鎖模，這樣不利於雷射器的正常運行，因此這就使它對任一外界的擾動等非常靈敏。
只有鈦寶石等極少數雷射晶體能夠採用KLM實現鎖模飛秒脈衝，這大大限制了KLM鎖模飛秒雷射器向小型化、實用化發展，因此KLM鎖模飛秒鈦寶石雷射器的自啟動問題一直是超快雷射領域研究的前沿課題。
半導體可飽和吸收反射鏡
半導體可飽和吸收反射鏡套用在固體飛秒脈衝雷射器中的套用。它的結構比一般的半導體器件簡單，特別是金屬膜寬頻器件，省去許多半導體生長時間。半導體可飽和吸收反射鏡套用在固體飛秒脈衝雷射器上，可以實現鎖模的自動啟動，且鎖模更加穩定。因此半導體可飽和吸收反射鏡逐漸成為商品化的鎖模雷射器的不可缺少的器件。它不僅可以啟動飛秒脈衝，還可以啟動皮秒脈衝。皮秒脈衝的鎖模並不依賴於克爾透鏡效應，僅靠可飽和吸收就可以作到。因此幾乎所有的固體雷射器都可以被它鎖住。
研究進展
在摻鈦寶石雷射器中引入新型半導體可飽和吸收體鏡（SESAM）來解決KLM鎖模自啟動困難的問題是人們研究的熱點之一。SESAM上高反射膜層有半導體布拉格反射膜與金屬反射膜兩種，利用金屬反射膜可以獲得寬反射頻寬，但它的缺陷是損傷閾值低、反射損耗大、調製深度小，必需藉助於KLM才能獲得短脈衝，而利用半導體布拉格反射膜生長的可飽和布拉格反射器（SBR）具有抗損傷閾值高、反射率高、調製深度易調節，缺陷是反射頻寬較窄，但它與孤子鎖模結合起來可形成高效、易調節、高可靠性、結構緊湊的實用化飛秒雷射源。王屹山等用國內生長的低損耗雙量子阱結構的可飽和布拉格反射器在摻鈦藍寶石雷射器中實現了三種不同鎖模狀態的自啟動穩定運轉，即可飽和吸收體被動鎖模、孤子鎖模和KLM鎖模。當抽運功率為4.5W時，用啁啾鏡對進行色散補償，在KLM鎖模狀態下獲得了18fs的最短鎖模脈衝,輸出功率為150mW。該雷射器具有自啟動、易調節、運行穩定等特點。
宋有建等設計了一種摻鐿（Yb）偏振型大模場面積光子屏，體光纖（LMA-PCF）飛秒雷射器。作為增益介質的光子屏，體光纖的單模場面積比傳統光纖高一個數量級，有效地降低了非線性係數，使雷射器獲得高能量輸出。雷射器基於線形腔結構，利用半導體可飽和吸收鏡實現自啟動鎖模。光纖雷射器利用光柵對進行腔內色散補償，使其運轉在呼吸脈衝鎖模狀態，即在諧振腔的零色散點附近實現鎖模。當腔內淨色散呈反常色散時，雷射器獲得了平均功率為400mW，重複頻率為47MHz（對應於8.5nJ的單脈衝能量），脈衝寬度為500fs的穩定的鎖模脈衝輸出，經腔外色散補償，脈衝壓縮至98fs。當腔內淨色散呈正常色散時，雷射器輸出的單脈衝能量為10.6nJ，脈衝寬度為1.76ps，經腔外色散補償，脈衝壓縮至160fs。
