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一、超快脈沖光纖激光器的應(yīng)用及特點(diǎn)

超快脈沖光纖激光器最直接的應(yīng)用就是作為超快光源,，形成多種時(shí)間分辨光譜技術(shù)和泵浦/探測(cè)技術(shù),，作為飛秒固體激光放大器的種子光源，可用于光纖型光參量振蕩器與放大器系統(tǒng),，并可使用周期性極化鈮酸鋰(ppln)進(jìn)行高效倍頻或頻率轉(zhuǎn)換,。

人們?cè)谘芯抗饫w激光器的同時(shí)，也在不斷研究皮秒量級(jí)及更窄的超短脈沖激光器,，超短脈沖光纖激光器由于具有寬的頻譜帶寬和很高的峰值功率,，在光纖通信、激光精細(xì)加工,、超快生物學(xué),、超快光學(xué)、超快光譜學(xué)等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用特別是在研究ICF快點(diǎn)火機(jī)制,、等離子體診斷以及激光與等離子體相互作用等,，都需要脈寬極窄、峰值功率*的超短激光脈沖,。

因此,，超短脈沖光纖激光器作為一種特殊的激光器，具有非常重要的研究?jī)r(jià)值和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,。

由塊狀工作物質(zhì)及各種光學(xué)元件組成的傳統(tǒng)固體激光器存在體積大,、質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)松,、可靠性差等缺點(diǎn),。

而光纖激光器有以下特點(diǎn)：

1、增益介質(zhì)長(zhǎng),，能方便地延長(zhǎng)增益長(zhǎng)度使抽運(yùn)光充分吸收,，光-光轉(zhuǎn)換效率高,；

2、光纖激光器表面積/體積比大,，其工作物質(zhì)的熱負(fù)荷相當(dāng)小,，光纖中的場(chǎng)主要約束在纖芯內(nèi)，使纖芯中的場(chǎng)強(qiáng)很大,，加之光纖的低損耗又使這種高光強(qiáng)可以保持很長(zhǎng)距離,，能產(chǎn)生甚高亮度和甚高峰值功率；

3,、易實(shí)現(xiàn)單模,、單頻運(yùn)轉(zhuǎn)和超短脈沖；

4,、光纖激光器體積小且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，工作物質(zhì)為柔性介質(zhì)，使用方便,；

5,、激光器可在很寬光譜范圍內(nèi)(455~3500nm)設(shè)計(jì)與運(yùn)行，使光纖激光器可調(diào),。

由于光纖激光器具有以上特點(diǎn),，因此采用光纖作為振蕩器產(chǎn)生超短脈沖激光比傳統(tǒng)固體激光放大器更具優(yōu)勢(shì)。

二,、基于SESAM被動(dòng)鎖模脈沖光纖激光器

獲得超短脈沖輸出的主要途徑有主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模,。主動(dòng)鎖模光纖激光器雖然具有輸出激光波長(zhǎng)和重復(fù)頻率可調(diào)諧的優(yōu)點(diǎn)，但是其受到電器件響應(yīng)頻率的限制,，輸出激光的脈沖寬度只能達(dá)到ps量級(jí),，并且多數(shù)調(diào)制器的尺寸較大，對(duì)于光纖激光器來說引入了非光纖器件,，禍合損耗很大,，另外這種主動(dòng)鎖模的光纖激光器容易受到外界環(huán)境的影響，如溫度變化,、機(jī)械振動(dòng)引起腔內(nèi)偏振態(tài)變化等,，從而使輸出鎖模脈沖不穩(wěn)定。

與主動(dòng)鎖模相比,，被動(dòng)鎖模不需要其他任何有源器件,，利用光纖中或者其他元件中的非線性效應(yīng)等，可實(shí)現(xiàn)激光自啟動(dòng)鎖模,，獲得比輸入脈沖更短的脈沖輸出,。目前被動(dòng)鎖模光纖激光器主要利用可飽和吸收體、非線性光纖環(huán)形鏡、非線性偏振效應(yīng)來實(shí)現(xiàn),。

可飽和吸收體是一種非線性介質(zhì),，隨著光場(chǎng)強(qiáng)度的變化，其對(duì)激光的吸收會(huì)有所改變,，當(dāng)光場(chǎng)較弱時(shí),，飽和吸收體對(duì)光的吸收很強(qiáng)，隨著光強(qiáng)的增大,，吸收作用減弱,，達(dá)到一定值時(shí)，吸收飽和,，光全部透過。因此自發(fā)輻射的光信號(hào)在通過可飽和吸收體時(shí),，弱信號(hào)由于吸收作用而受到阻擋,，不能通過，強(qiáng)尖峰信號(hào)的邊沿由于損耗而不斷削弱,，因此光脈沖在通過飽和吸收體的過程中被窄化了,，從而實(shí)現(xiàn)激光脈沖的自啟動(dòng)。

半導(dǎo)體材料具有*能級(jí)特性,，在上個(gè)世紀(jì)90年代初發(fā)展出了半導(dǎo)體可飽和吸收體材料（SESA）,。SESA的響應(yīng)本質(zhì)上包含帶內(nèi)和帶間兩個(gè)過程。電子在帶內(nèi)的快速熱運(yùn)動(dòng)有助于穩(wěn)定超短脈沖,，而緩慢的帶間復(fù)合則有助于激光器啟動(dòng)鎖模,。

利用成熟的半導(dǎo)體工程技術(shù)，通過調(diào)整兩種運(yùn)動(dòng)的相對(duì)程度和帶隙,，可以使其具有極寬范圍的吸收波長(zhǎng),。半導(dǎo)體可飽和吸收反射鏡（SESAM）的基本結(jié)構(gòu)是把反射鏡與可飽和吸收體結(jié)合在一起，即半導(dǎo)體可飽和吸收體用外延法直接生長(zhǎng)在半導(dǎo)體布拉格反射鏡上,，其調(diào)制深度,、飽和通量和非飽和損耗均可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以調(diào)控。因此,，SESAM是目前應(yīng)用最為廣泛的鎖模器件,。

下圖是基于SESAM的脈沖光纖激光器光路圖，此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，無需種子源,，易于實(shí)現(xiàn)。

基于SESAM的脈沖光纖激光器

三,、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡SESAM的微觀特性

1,、能帶間隙即禁帶寬度。它決定半導(dǎo)體可飽和吸收體的吸收波長(zhǎng)，吸收系數(shù)一般在104/cm左右,。以III-V族化合物半導(dǎo)體為例,吸收帶一般在可見光和近紅外波段,。為了適應(yīng)各種吸收波長(zhǎng)的需要，常常要用三元化合物半導(dǎo)體,如砷化鎵鋁(AlGaAs),，砷化銦鎵(InGaAs),，砷化銦鋁(InAlAs)等。

2,、晶格常數(shù),。半導(dǎo)體可飽和吸收體一般是用外延法生長(zhǎng)在半導(dǎo)體襯底上的，襯底的晶格常數(shù)與要生長(zhǎng)的半導(dǎo)體化合物的晶格常數(shù)原則上應(yīng)該相同,，若不一致,，則會(huì)在生長(zhǎng)層上造成一定應(yīng)變(strain)，可分為壓縮型和擴(kuò)張型,。無論那種類型的應(yīng)變都會(huì)影響禁帶寬度,，因而禁帶寬度的改變不是任意的，要受襯底晶格常數(shù)的制約,。

3,、量子阱。當(dāng)吸收體薄到一定程度,，并被夾在高禁帶寬度的材料中間,，就變成了所謂量子阱。在設(shè)計(jì)半導(dǎo)體可飽和吸收體時(shí),，根據(jù)吸收能量的大小,，可以采用體吸收，也可以采用量子阱結(jié)構(gòu),。對(duì)于利用克爾效應(yīng)鎖模的激光器,，僅僅需要百之零點(diǎn)幾至百分之幾的吸收，所以可飽和吸收體的厚度只需要幾個(gè)nm,。

4,、時(shí)間特性。半導(dǎo)體可飽和吸收體之所以可以啟動(dòng)鎖模,，是因?yàn)樗母咚贂r(shí)間特性,。一般來說半導(dǎo)體的吸收有兩個(gè)特征弛豫時(shí)間，一是帶內(nèi)子帶之間的熱化(intrabandthermalization),，二是帶間躍遷(interbandtransition),。帶內(nèi)熱化是被激發(fā)到導(dǎo)帶的電子向子帶躍遷的物理過程，這個(gè)時(shí)間很短,，在100-200fs左右,，而帶間躍遷時(shí)間是電子從導(dǎo)帶向價(jià)帶的躍遷,，相對(duì)較長(zhǎng)，從幾ps到幾百ps,。

下圖列舉了用于1064nm光纖脈沖激光器的SESAM結(jié)構(gòu)圖,，右側(cè)是飽和吸收體結(jié)構(gòu)。

用于1064nm光纖脈沖激光器的SESAM設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的光電場(chǎng)的分布可以為可飽和吸收體插入位置的選擇提供參考依據(jù),，理論上可飽和吸收體應(yīng)當(dāng)位于入射光電場(chǎng)的振蕩波峰位置,，以有效的實(shí)現(xiàn)可飽和吸收。但是因?yàn)榱孔于遢^多,，因而只能保證一個(gè)在電場(chǎng)的峰值,。

SESAM電場(chǎng)強(qiáng)度分布

四、筱曉光子SESAM的產(chǎn)品資料

BATOPSESAM可飽和吸收鏡

?德國BATOP公司是一家專門生長(zhǎng)半導(dǎo)體可飽和吸收體等半導(dǎo)體光電器件的公司,，主要產(chǎn)品包括：

?SAM半導(dǎo)體可飽和吸收鏡 SAM-Saturable Absorber Mirror? 

RSAM共振可飽和吸收鏡 RSAM-Resonant SAM?

SOC可飽和吸收耦合輸出鏡 SOC-Saturable Output Coupler?

SANOS可飽和噪聲去除腔 SANOS-Saturable Noise Suppressor?

SA可飽和吸收體 SA-Saturable Absorber

?PCA太赫茲光電導(dǎo)天線?

其中SESAM,，RSAM和SOC是用于穩(wěn)定、自啟動(dòng)的DPSS被動(dòng)鎖模激光器極簡(jiǎn)單的鎖模元件,。

型號(hào)描述：SAM-1064-1-X

1064——中心波長(zhǎng)為1064nm?

1——飽和吸收率為1%

X——封裝代碼

X=0,，無封裝的裸片

X=12.7g，粘在1/2英寸的銅柱上

X=25.4g,，粘在1英寸的銅柱上

X=12.7S，焊在1/2英寸的銅柱上

X=25.4S,，焊在1英寸的銅柱上

X=FC/PC,，安裝在1米長(zhǎng)光纖一端，接頭類型FC/PC或其他可選

主要參數(shù)：