[科普中国]-自启动锁模脉冲

自启动锁模脉冲是指锁模脉冲产生技术可以自启动，即不需要得到外加的干扰信号就能实现锁模。锁模是光学中一种用于产生极短时间激光脉冲技术，脉冲的长度一般在皮秒（10负十二次方秒）甚至飞秒（10负十五次方秒）。

定义自启动锁模脉冲是指锁模脉冲产生技术可以实现自启动，即不需要得到外加的干扰信号就能实现锁模。

锁模技术锁模是光学里一种用于产生极短时间激光脉冲的技术，脉冲的长度通常在皮秒（10负十二次方秒）甚至飞秒（10负十五次方秒）。该技术的理论基础是在激光共振腔中的不同模式间引入固定的相位关系，这样产生的激光被称为锁相激光或锁模激光。这些模式之间的干涉会使激光产生一系列的脉冲。根据激光的性质，这些脉冲可能会有极短的持续时间，甚至可以达到飞秒的量级。

克尔透镜锁模技术（kerr lens modelocking，KLM）已成为产生飞秒激光短脉冲的重要手段，但它的主要缺陷是难以自启动，只有得到外加的干扰信号才能实现锁模，这样不利于激光器的正常运行，因此这就使它对任一外界的扰动等非常灵敏。

只有钛宝石等极少数激光晶体能够采用KLM实现锁模飞秒脉冲，这大大限制了KLM锁模飞秒激光器向小型化、实用化发展，因此KLM锁模飞秒钛宝石激光器的自启动问题一直是超快激光领域研究的前沿课题。1

半导体可饱和吸收反射镜半导体可饱和吸收反射镜应用在固体飞秒脉冲激光器中的应用。它的结构比一般的半导体器件简单，特别是金属膜宽带器件，省去许多半导体生长时间。半导体可饱和吸收反射镜应用在固体飞秒脉冲激光器上，可以实现锁模的自动启动，且锁模更加稳定。因此半导体可饱和吸收反射镜逐渐成为商品化的锁模激光器的不可缺少的器件。它不仅可以启动飞秒脉冲，还可以启动皮秒脉冲。皮秒脉冲的锁模并不依赖于克尔透镜效应，仅靠可饱和吸收就可以作到。因此几乎所有的固体激光器都可以被它锁住。2

研究进展在掺钛宝石激光器中引入新型半导体可饱和吸收体镜（SESAM）来解决KLM锁模自启动困难的问题是人们研究的热点之一。SESAM上高反射膜层有半导体布拉格反射膜与金属反射膜两种，利用金属反射膜可以获得宽反射带宽，但它的缺陷是损伤阈值低、反射损耗大、调制深度小，必需借助于KLM才能获得短脉冲，而利用半导体布拉格反射膜生长的可饱和布拉格反射器（SBR）具有抗损伤阈值高、反射率高、调制深度易调节，缺陷是反射带宽较窄，但它与孤子锁模结合起来可形成高效、易调节、高可靠性、结构紧凑的实用化飞秒激光源。王屹山等1用国内生长的低损耗双量子阱结构的可饱和布拉格反射器在掺钛蓝宝石激光器中实现了三种不同锁模状态的自启动稳定运转，即可饱和吸收体被动锁模、孤子锁模和KLM锁模。当抽运功率为4.5W时，用啁啾镜对进行色散补偿，在KLM锁模状态下获得了18fs的最短锁模脉冲,输出功率为150mW。该激光器具有自启动、易调节、运行稳定等特点。

宋有建等3设计了一种掺镱（Yb）偏振型大模场面积光子屏，体光纤（LMA-PCF）飞秒激光器。作为增益介质的光子屏，体光纤的单模场面积比传统光纤高一个数量级，有效地降低了非线性系数，使激光器获得高能量输出。激光器基于线形腔结构，利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模。光纤激光器利用光栅对进行腔内色散补偿，使其运转在呼吸脉冲锁模状态，即在谐振腔的零色散点附近实现锁模。当腔内净色散呈反常色散时，激光器获得了平均功率为400mW，重复频率为47MHz（对应于8.5nJ的单脉冲能量），脉冲宽度为500fs的稳定的锁模脉冲输出，经腔外色散补偿，脉冲压缩至98fs。当腔内净色散呈正常色散时，激光器输出的单脉冲能量为10.6nJ，脉冲宽度为1.76ps，经腔外色散补偿，脉冲压缩至160fs。3

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学