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飛秒鎖模光纖激光器是一種超快激光技術(shù)設(shè)備，以光纖作為增益介質(zhì)，采用鎖模技術(shù)來產(chǎn)生飛秒（1飛秒=10^-15秒）量級超短脈沖激光的裝置。

飛秒鎖模光纖激光器

基本原理

- 鎖模技術(shù)：飛秒鎖模光纖激光器利用鎖模技術(shù)，使激光器諧振腔內(nèi)的不同縱模之間形成固定的相位關(guān)系，從而使得激光器能夠以極高的頻率穩(wěn)定地輸出超短脈沖。

- 光纖增益介質(zhì)：其核心部件是作為增益介質(zhì)的稀土摻雜光纖，常用的稀土離子有鐿（Yb）、鉺（Er）、銩（Tm）等。當(dāng)用激光二極管等泵浦源對摻雜光纖進(jìn)行泵浦時，稀土離子會吸收泵浦光的能量并躍遷到激發(fā)態(tài)，隨后在返回基態(tài)的過程中發(fā)射出激光。通過選擇不同的稀土離子和摻雜濃度，可以實(shí)現(xiàn)不同波長的激光輸出。

結(jié)構(gòu)組成

- 泵浦源：為激光器提供能量，常見的泵浦源是激光二極管，它具有高效、緊湊、可靠等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能，為光纖中的稀土離子提供泵浦能量。

- 增益光纖：是產(chǎn)生激光的核心部件，其長度、摻雜濃度等參數(shù)會影響激光器的性能，如輸出功率、脈沖寬度等。

- 諧振腔：由反射鏡或光纖光柵等光學(xué)元件構(gòu)成，用于使激光在腔內(nèi)來回反射，不斷增強(qiáng)，形成穩(wěn)定的激光輸出。諧振腔的結(jié)構(gòu)和參數(shù)對激光器的輸出特性，如波長、模式、穩(wěn)定性等有著重要的影響。

- 鎖模元件：這是實(shí)現(xiàn)鎖模的關(guān)鍵部件，常見的鎖模元件有半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（SESAM）、非線性偏振旋轉(zhuǎn)（NPR）裝置、碳納米管等。這些鎖模元件能夠?qū)す饷}沖進(jìn)行調(diào)制，使得不同縱模之間形成固定的相位關(guān)系，從而產(chǎn)生飛秒級的超短脈沖。

特點(diǎn)與優(yōu)勢

- 超短脈沖寬度：飛秒鎖模光纖激光器能夠輸出脈寬在飛秒量級（10?1?秒）的激光脈沖，具有極高的時間分辨率，可用于研究超快物理過程、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)等。

- 高峰值功率：由于脈沖寬度極窄，即使平均輸出功率不高，其峰值功率也能達(dá)到很高的水平，可用于材料加工、激光微加工等領(lǐng)域，如對金屬、陶瓷、半導(dǎo)體等材料進(jìn)行高精度的切割、打孔、焊接等。

- 良好的光束質(zhì)量：光纖激光器的光束質(zhì)量通常較好，具有較高的光束強(qiáng)度和較小的發(fā)散角，能夠在加工過程中實(shí)現(xiàn)高精度的能量傳輸和聚焦。

- 穩(wěn)定性高：光纖激光器的結(jié)構(gòu)相對簡單，且采用全光纖結(jié)構(gòu)，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，能夠在惡劣的環(huán)境條件下工作，如高溫、高濕度、強(qiáng)振動等環(huán)境。

- 易于集成和操作：光纖激光器的體積小、重量輕，易于集成到各種設(shè)備和系統(tǒng)中，并且操作簡單，維護(hù)成本低。

應(yīng)用領(lǐng)域

- 科學(xué)研究：在物理、化學(xué)、生物等科學(xué)研究領(lǐng)域，飛秒鎖模光纖激光器可用于研究超快現(xiàn)象，如分子的振動和轉(zhuǎn)動、化學(xué)反應(yīng)的中間過程、生物分子的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)等。

- 醫(yī)療領(lǐng)域：可用于眼科手術(shù)、皮膚科手術(shù)、牙科手術(shù)等，如飛秒激光近視手術(shù)就是利用飛秒鎖模光纖激光器的超短脈沖對角膜進(jìn)行精確切削，實(shí)現(xiàn)矯正視力的目的；在生物醫(yī)學(xué)成像方面，也可作為高分辨率成像的光源。

- 工業(yè)加工：廣泛應(yīng)用于材料加工，如對金屬、陶瓷、半導(dǎo)體等材料的微加工、精細(xì)加工，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高效率的加工效果。

- 通信領(lǐng)域：可用于光纖通信中的信號源，產(chǎn)生高速、高帶寬的光信號，提高通信系統(tǒng)的傳輸容量和速度。

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