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| 激光锁模技术是使用适当方法，让激光器中发生振荡的各个模之间建立稳定的相位关系，发生相位“干涉”，形成脉冲宽度极窄、功率极高的激光的技术。 常用的激光器增益宽度都比较宽，在其频率范围内可同时容纳许多个模，而且它们当中有不少会同时达到激光振荡条件。这些振荡模不仅在频率上有些差别，振荡相位也彼此没有关联。这些振荡步伐不划一的光波混杂在一起，总的光辐射强度分布便呈现无规则起伏状态。激光器输出的光强实际上是各个振荡模强度按时间平均的统计平均值。因此，脉冲展得比较宽，得到的功率也不会很高。 图3-7（a）是三个振荡模v1，v2，v3独立行动的状态，因为它们的相位彼此不一致，结果是总体光强体现不出规则的变化。如果各个模的相位保持稳定的关系，如图（b）那样，就会出现在A，B，C等地方三个模的光振动波峰相叠加，总的光波振幅为单个模的三倍，而在其它地方，则因为出现波峰、波谷相遇，光振动彼此抵消，总的光波振幅很小。这么一来，我们就可获得一列振幅高低差别悬殊、波形重复出现的光波，或者说得到一列功率很高、脉冲重复出现的光脉冲序列。 假定激光器同时发生振荡的模有n个，那么，锁模后得到的光脉冲宽度将缩窄为自由振荡时的1/n，而激光功率提高n倍，对于钕玻璃激光器，变化的倍数可达104倍。所以自从第一台激光器研制成功后，就注意使振荡模之间的相位关系稳定，以提高激光的功率。 使各个振荡模相位关系稳定一致的基本做法是：在共振腔内放置象信号发生器那样的“主动”外激励调制器（现在常用的有电光调制器、声光调制器），或者放可饱和 吸收染料这样的“被动”调制器。相应地将前一种称为主动锁模，后一种称为被动锁模。下面以主动锁模为例，说明锁模的工作原理。 用频率fi驱动放在共振腔内的那只主动调制器工作，同时让最靠近增益峰值频率vm的模开始激光振荡。受调制器的作用，这个模的电磁场通过调制器之后将形成频率分别为vm+fi和vm-fi的边带。如果驱动频率fi等于两个纵模的频率间隔（数值等于c/2l，c为光速，l为共振腔腔长），那么，vm带将通过两个边带的“搭桥”与和它相邻近的两个模发生耦合，三者建立了振荡相位关系。当频率vm±fi的边带通过调制器时，又产生频率vm±2fi的新边带，它们又把vm与和它相隔频率2fi的模耦合起来，建立激光振荡相位关系。辐射在腔内来回通过调制器传播，与vm建立振荡相位关系的模越来越多，最后使在激光增益线宽范围内全部的纵模都耦合起来。我们说，振荡模此时已被锁定，激光器进入锁模状态。
除了前面谈到的主动锁模和被动锁模之外，还有同步泵浦锁模、碰撞锁模、主被动锁模等。用一台锁模激光器输出的连续脉冲序列泵浦另一台激光器，当被泵浦的激光器 共振腔长度与泵浦激光器的共振腔长度几乎相等或者是它的整数倍时，在一定条件下，也等效于在腔内放调制器，因而可以获得短脉冲激光输出，其脉冲宽度在最佳 条件下比泵浦光脉冲宽度小2～3个数量级。染料激光器、色心激光器、半导体激光器都可以采用这种锁模方法。碰撞锁模是让两个光脉冲在共振腔内相向传播，当它们在腔内的可饱和吸收体中重叠时，建立起对光束的调制作用，使激光器进入锁模状态。利用这个办法已获得脉冲宽度为飞秒（fs，1fs＝10-15s）量级的激光脉冲。 利用被动锁模可以产生很窄的光脉冲，但这种方法也有一些缺点，比如为了产生稳态区必须非常严格地校正泵浦参数和共振腔参数，可调谐性还受可饱和吸收体的限 制。主动锁模能获得稳定性和重复性比较好的激光脉冲，而且适用的激光频率范围比较宽，但能够得到的脉冲宽度一般来说不如用被动锁模方法得到的窄。把被动锁 模和主动锁模相结合，就可以获得稳定性好脉冲宽度又窄的激光脉冲。比如，采用铌酸锂（LiNbO3）电光调制器作主动锁模器的红宝石激光器，在共振腔内放入隐花青盒（被动锁模用的饱和吸收体），激光脉冲宽度便由原先的100ps（皮秒，1ps=10-12s）压缩到5ps。 |
