通过温度效应探索研究超短脉冲强激光损伤机理

时域上, 超短脉冲激光产生是开展时-频域精密控制的前提和基础. 至今,小于 5 fs 的锁模钛宝石激光器已有报道,经过腔内色散啁啾补偿,脉冲宽度达到光周期量级. 这样的超短脉冲,可以广泛应用于研究高功率脉冲情况下的各种非线性现象.然而, 由于受本身结构和成本的制约,超短脉冲固体激光器大多用于科学研究. 自 1960 年 实现将铒,钕,铥等稀土离子掺进玻璃中后,光纤激光器的研制就成为了可能.不久 以后,钕离子成功的被掺杂到了光纤波导的芯径中.由于钕离子作为激光增益介质具 有很高的效率,所以,早期的光纤激光器都是以钕离子为基础,工作波长为 1064 nm. 直到 1980 年,铒离子掺杂技术的成熟,基于掺铒离子的光纤激光器越来越受到人们的 关注.最主要的原因就是掺铒光纤激光的工作波长在 1550 nm 附近,正好对应于单模 光纤的最小损耗波段,非常适用于光纤通信系统.之后,其它波段的掺稀土离子,例 如掺钬,掺铥,掺镱,掺镨的光纤同样研制成功,将光纤激光器的输出波长扩展到其 它波段.近几年来,得益于半导体泵浦激光器和光纤高掺杂技术的发展,基于掺稀土 离子的超短脉冲光纤激光器越来越受到人们的重视.光纤激光器由于其在结构,成本 上的优势,已经在科学研究和工业生产中得到了广泛的应用.目前为止,报道的最窄 的光纤激光器的脉冲宽度为 28 fs. 相对于传统的固体激光器,光纤激光器具有不可比拟的优势.光纤激光器掺杂技 术简单,激光传输损耗低,与泵浦光耦合效率高.光纤激光器采用光纤作为传输介质, 可以与其它光纤器件兼容,减少了激光器所占的空间.而且光器件之间采取直接熔接 的方式,相对于固体激光器而言无需复杂的光路调整系统.由于光通信器件的成熟, 激光器成本也可以大大降低.一般单模光纤的芯径为 8 μm, 所以光在芯径内传播时的 功率密度通常很高,非线性作用很强,非常适合用于产生锁模振荡器.

对于超高分辨率雷达、扩频通信技术以及其它许多需要宽带辐射的应用来说,超短脉冲发生器是十分重要的,从某种程度上来讲,超短脉冲的形成技术已成为许多宽带应用中的核心技术。目前,有许多有关该技术的研究集中在激光二极管驱动的GaAs光开关上,但是这些器件还不能在小于200 ps的情况下正常工作,同时,激光二极管还存在重复率和可靠性方面的问题。另外一些产生高速瞬变电压的方法还有GaAs可控硅等,但是GaAs可控硅作为一种成熟的产品还需一段时间。

超短脉冲形成有以下特点：首先,它能产生100 kW的脉冲,脉冲宽度小于1 ns,它可以使用1 W的直流电源供电。其次,本方案采用成熟的同时市场上又容易买到的器件。

超短脉冲发生器,将利用二极管的渡越时间雪崩击穿原理,使输入窄脉冲变成超短脉冲信号。雪崩二极管从一开始就受到人们极大的重视,用雪崩二极管可以制作微波振荡器和放大器,这在理论上和实践上都已取得了很大的进展。在此,将利用雪崩二极管制成超短脉冲发生器

超短脉冲激光器最直接的应用就是作为超快光源，形成多种时间分辨光谱技术和泵浦/探测技术，作为飞秒固体激光放大器的种子光源，可用于光纤型光参量振荡器与放大器系统，并可使用周期性极化铌酸锂(ppln)进行高效倍频或频率转换。它的发展带动了物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进入微观超快过程领域。超短脉冲光纤激光器在通信、军事、工业加工、医学、光信息处理、全色显示和激光印刷等领域具有广阔的应用前景。