固體激光器是最常見也是從技術角度而言最重要的調Q激光器類型，但是光纖激光器也能以調Q工作，并可通過光纖放大器提高平均功率，而微片激光器則以極短的腔長提供更窄的脈寬。

主動和被動調Q

主動調Q激光器通過調制器主動調制腔內損耗。比如在腔內插入聲光調制器，施加RF功率時使部分光束通過衍射溢出腔外，激光介質中存儲高能量后忽然關閉RF功率形成并輸出激光脈沖。

被動調Q激光器通過可飽和吸收體調制腔內損耗。對于可飽和吸收體，低強度光被吸收，高強度光透射，因此可通過腔內光強被動調制損耗。

用于調Q的可飽和吸收體一般是摻雜過渡金屬離子的晶體或玻璃。比如，Cr4+:YAG晶體常用于1.064μm Nd:YAG激光器(包括微片激光器)，V3+:YAG晶體則適合1.3μm激光器。調制深度取決于摻雜濃度和晶體長度，而飽和能量可通過吸收體中的模場調節(jié)。可飽和吸收離子也可摻雜在光纖中。

半導體可飽和吸收反射鏡(SESAM)特別適合微片激光器，它幾乎不增加腔長，所以脈寬可以非常窄，而且性能參數(shù)還可通過設計和材料優(yōu)化。另外，可飽和吸收體還可以是摻量子點(比如硫化鉛)的玻璃、染料溶液甚至氣體。

調Q固體激光器

固體激光介質一般摻雜三價稀土離子，比如釹、鐿和鉺，也有少數(shù)摻雜鈦和鉻等過渡金屬離子。下表列出了一些最常用的固體調Q增益介質及其主要特性。

小型主動調Q固體激光器通過1到20W激光二極管連續(xù)泵浦可產生高達10mJ量級的脈沖能量(比如1kHz重頻和10W平均功率)。典型脈寬在幾到幾百納秒，對于100ns脈寬，10mJ脈沖能量對應約90kW峰值功率。被動調Q激光器的脈沖能量一般更低。

對于更高能量但低重頻激光(所以平均功率一般)，可以使用脈沖泵浦，比如準連續(xù)二極管或閃光燈泵浦。使用不是很大的閃光燈泵裝置可產生數(shù)焦耳的脈沖能量。

對于高平均功率和中高重頻，一般使用高功率激光二極管連續(xù)泵浦。比如，碟片式Yb:YAG激光器能以較長脈寬(比如1μs)輸出數(shù)百瓦平均功率。摻釹板條激光器可產生更短的脈寬，并且輸出高功率、高質量光束。提高功率的另一種方法是使用主振蕩功率放大器(MOPA)結構。

調Q微片激光器

微片激光器具有非常短的腔，特別是通過半導體可飽和吸收鏡(SESAM)被動調Q工作。因為光場幾乎不穿透SESAM，所以腔長基本只取決于晶體厚度。下圖所示為SESAM被動調Q微片激光器的基本結構。

如果晶體具有高泵浦吸收率和高增益，比如Nd:YVO4晶體，可產生遠小于100 ps的脈寬，但是脈沖能量一般無法超過1μJ太多。這種激光器的困難之一是制備既具有高調制深度、飽和能量也不太低的SESAM組件。飽和能量太高可能造成SESAM損傷。

微片激光器也可通過小型電光調制器以主動調Q工作，但由于腔長增加，脈寬也因此變長。微片激光器可實現(xiàn)非常高的脈沖重頻，比如被動調Q可達到數(shù)MHz級別，但是提高重頻時脈寬也會更長。

短腔也更容易實現(xiàn)單模輸出。盡管脈沖能量低，但由于脈寬窄，所以峰值功率較高，足夠實現(xiàn)高效的非線性頻率轉換。所以，微片激光器能以很緊湊的系統(tǒng)提供可見光、紫外或中紅外輸出。

光纖激光器

光纖激光器也能主動或被動調Q工作，但是實施有所局限：

適合全光纖器件的調制器選擇有限，而且主要用于很小模場的單模光纖，因此非線性效應、光纖損傷和放大自發(fā)輻射(ASE)非常限制性能。

使用包層泵浦大模場光纖可顯著提高能量(比如1mJ以上)，但是此類系統(tǒng)需要在腔內使用塊體光學組件，這樣將失去全光纖的技術優(yōu)勢，而且性能無法達到固體激光水平。

下表總結了調Q光纖激光器的一些發(fā)展進程，數(shù)據(jù)來源Fiber Lasers (CRC出版社，2016年版)。

但是，通過高功率光纖放大器可放大脈沖，提高平均功率，即使脈沖能量一般。放大器中可能存在一定的非線性脈沖畸變，不過在其應用中也可以接受。

轉自：瑞利光電

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