超短脈沖激光器在精密加工、智能傳感、以及醫(yī)療醫(yī)美等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用潛力。預(yù)計在未來五年將形成百億量級的國內(nèi)市場規(guī)模。目前，基于半導(dǎo)體光開關(guān)的被動鎖模技術(shù)是工業(yè)界超快種子光源最成熟的方案。“9字腔”激光器（Figure-9 laser）是一種新興的被動鎖模技術(shù)，因其具有低噪聲等特點(diǎn)而受到了廣泛關(guān)注。Figure-9激光器一般通過加入偏振光學(xué)元件來操控鎖模工作狀態(tài)。然而，由兩個波片的旋轉(zhuǎn)角度所構(gòu)成的參數(shù)空間包含了巨大的狀態(tài)數(shù)據(jù)量，給選取最優(yōu)工作點(diǎn)帶來了極大挑戰(zhàn)。如Figure-9激光器工作點(diǎn)選取不當(dāng)，可能會帶來啟動慢、易失鎖和易進(jìn)入多脈沖狀態(tài)等不利因素。當(dāng)前，F(xiàn)igure-9激光器的方案優(yōu)化和制造工藝總體還處于受經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)的階段，這使得“9字腔”技術(shù)在工業(yè)量產(chǎn)方面的潛力尚未得到充分的釋放。

針對這一技術(shù)瓶頸，諾派激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)在國際上提出并實(shí)現(xiàn)了一種自動控制、自動收集和自動判斷Figure-9激光器輸出狀態(tài)的方法。得益于這種高速、完整表征技術(shù)，F(xiàn)igure-9激光器參數(shù)空間輸出狀態(tài)的完整掃描成為可能。例如，該系統(tǒng)可以在24小時內(nèi)，完成約100萬個工作點(diǎn)的鎖模狀態(tài)智能判別，使得找尋激光器物理上允許的最優(yōu)工作點(diǎn)成為可能。通過瓊斯矩陣計算，支持鎖模狀態(tài)的腔響應(yīng)曲線構(gòu)成的帶狀區(qū)域可以被清晰地展示出來。有意義的是，當(dāng)激光器的結(jié)構(gòu)參數(shù)改變時，鎖模熱區(qū)的模式分布也呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。如改變光纖環(huán)長度破壞諧振腔對稱性時，激光器只能在正相移區(qū)間出現(xiàn)工作點(diǎn)。該技術(shù)突破能夠快速、完整地展示Figure-9輸出狀態(tài)在整個參數(shù)空間中的演化規(guī)律，使得識別Figure-9激光器最優(yōu)工作點(diǎn)進(jìn)入了“圖像識別”的新階段。

圖1、上圖展示的是參數(shù)空間中可支持鎖模狀態(tài)的腔非線性響應(yīng)曲線所形成的優(yōu)化區(qū)域（分正相移區(qū)和負(fù)相移區(qū)）。下圖展示的是快速掃描獲得的激光器全參數(shù)空間狀態(tài)分布圖（具有每24小時完成100萬個狀態(tài)的高速分析能力）。

圖2、(a) 參數(shù)空間中可支持鎖模狀態(tài)的鎖模區(qū)域；

(b) 展示某個鎖模區(qū)域的回滯特性。

為了深入評估不同鎖模工作點(diǎn)的等效性，技術(shù)團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步對鎖模狀態(tài)的回滯動力學(xué)進(jìn)行了細(xì)致研究。為此，對參數(shù)空間的一個最小重復(fù)單元所包含的四個鎖模區(qū)域進(jìn)行回滯特性的完整表征。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同鎖模區(qū)域的回滯特性并不相同，通過加入色散控制，觀察到了回滯動力學(xué)與腔內(nèi)色散的確切的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這也是被動鎖模激光器回滯特性與激光器的基本參數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)律的首次報道。光學(xué)領(lǐng)域國際知名期刊《Optics Letters》近期先后收錄了該兩項(xiàng)成果。以上技術(shù)突破標(biāo)志著諾派激光在“9字腔”鎖模機(jī)制這一超快激光器底層技術(shù)領(lǐng)域，已進(jìn)入國際領(lǐng)先水平。

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