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锁模(激光器)

1965
现代光学实验室中的锁模激光系统。

(图片仅供参考)

Mode-locking is a technique for producing extremely short laser pulses, on the order of picoseconds ([latex]10^{-12}[/latex] s) to femtoseconds ([latex]10^{-15}[/latex] s). It works by forcing the many longitudinal modes of the laser cavity to oscillate with a fixed phase relationship. This causes the modes to interfere constructively, creating a single, intense, ultrashort pulse circulating in the cavity.

典型的激光腔支持多个纵模,每个纵模对应一个特定的谐振频率。在正常的自由运转激光器中,这些模式以随机相位独立振荡。锁模技术可以使这些模式的相位同步。当模式相位锁定时,它们在特定的时空点发生相长干涉,形成一个强度高、持续时间短的脉冲。在其他所有时刻,它们发生相消干涉,导致脉冲强度接近于零。最终,激光腔内会循环出现一串超短脉冲,每次往返都会从输出耦合器发射一个脉冲。

锁模脉冲的持续时间与增益介质的光谱带宽成反比。更宽的增益带宽支持更多的纵模,这些纵模可以被锁定以产生更短的脉冲。这由以下因素决定: Fourier uncertainty principle: [latex]\Delta t \Delta u \ge K[/latex], where [latex]\Delta t[/latex] is the pulse duration, [latex]\Delta u[/latex] is the spectral bandwidth, and K is a constant near unity. Techniques for achieving mode-locking can be active (using an external modulator like an acousto-optic modulator) or passive (using a saturable absorber, a material whose absorption decreases at high light intensity). Passive mode-locking, particularly Kerr-lens mode-locking, has produced the shortest pulses to date, reaching the attosecond ([latex]10^{-18}[/latex] s) regime.

UNESCO Nomenclature: 2210
– Optics

类型

技术

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 激光的发明
  • 对激光纵模的理解
  • 快速光调制器和非线性光学材料的开发
  • 波叠加的傅里叶分析

应用程序

  • 飞化学
  • 多光子显微镜
  • 用于计量的光频梳
  • 太赫兹产生
  • 超快 光谱学
  • 激光眼科手术(飞秒激光)

专利:

NA

潜在创新理念

  • 用于成像电子动力学的阿秒脉冲产生
  • 利用激光等离子体相互作用的台式粒子加速器
  • 量子系统的相干控制用于计算
  • 用于测试基础物理的超精密光学时钟
  • 每秒太比特的光数据传输
  • 对生物组织进行非热消融,最大限度减少附带损伤。
  • 在玻璃内部直接写入三维波导
  • laser-based fusion energy research (inertial confinement fusion)
  • generation of extreme 紫外线 (euv) light for next-gen lithography
  • 活体生物过程的四维(三维空间+时间)显微成像
相关术语:锁模、超短脉冲、飞秒、皮秒、激光、纵模、相位锁定 傅里叶变换可饱和吸收体,克尔透镜模型锁定。

历史背景

锁模(激光器)

1961
1962
1963
1965
1970
1970
1974-11-15
1960-05-16
1962
1963
1964
1968
1970
1970
1975

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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