超短脉冲激光器技术的历史与现状

在激光器中，超短脉冲激光器的产生很重要，因为可以通过控制激光器的相干光波来产生脉冲光，其时间宽度超出了电子设备的控制范围。广义上的超短脉冲光是指小于1ns的脉冲光。 1960年代中期，科学家们对红宝石激光器产生的锁模超短脉冲光和闪光灯脉冲的掺钕激光器进行了实验研究。此后，短脉冲光的产生技术从锁模亚皮秒脉冲发展到飞秒脉冲。近年来，超短脉冲激光技术得到普及，各种可调谐超短脉冲锁模固态激光器自1990年代开始实用化。可调谐激光器是一种光子终止激光器（Photon-terminated laser），其能级在激光器的作用下处于振动激发态，从而拓宽了振荡频带。典型的钛蓝宝石激光器运行稳定，可实现平均输出功率为1W的超短（最短约5fs）脉冲光。如果使用掺镱离子的激光晶体，可以输出平均输出功率更高的亚皮秒脉冲获得。半导体激光器具有快速弛豫和对泵浦（电流）进行高速调制的特点，因此即使没有锁模也可以利用增益跃迁产生皮秒区域（10-10~10-12 s）的超短脉冲现象光。

小规模皮秒和飞秒脉冲激光器的最新发展使得超短脉冲光源的发展成为可能。从光利用的角度考虑对超短脉冲光源的要求，是有效利用时域（超高速）的特性，还是在短时间内利用集中光能的高峰值强度是关键。两大研究方向。在实际应用中，这两个方向密切相关。从以上观点来看，最大限度地追求光源性能以实现产生更短的脉冲光和更高的峰值强度是该技术发展的驱动力。此外，提高新光源的性能，推广发现的新功能或新现象并使其实用化；提高光源的可靠性、稳定性和寿命，降低成本也是技术发展的关键。除了提高脉冲宽度和脉冲能量外，提高光束质量也是一个极其重要的研究课题。这对该技术领域的发展具有巨大的影响，就像最大化时间和空间的连贯性一样。

人们在超短脉冲激光技术的发展中积累了很多经验，如在脉冲产生阶段有效产生高强度脉冲，尽可能获得高能量脉冲；已经进行了各种尝试来直接产生高强度超短脉冲。并取得了有助于该领域发展的研究成果。但是，在产生和利用高强度脉冲的过程中，光脉冲的相干性或波形、波长的重复性和可靠性等问题并不理想。因此，选用锁模激光振荡器的高重复脉冲输出和高倍放大的方式成为主流。虽然每个脉冲的能量很小，但脉冲发生源利用连续振荡锁模激光器可以很容易地获得相干性好的脉冲。