光譜學中常用的激光光源

1、光譜學中常用的激光光源光譜分析是研究物質結構的重要手段。激光引入光譜分析后，至少從5個方面擴展和增強了光譜分析能力：（1）分析的靈敏度大幅度提高；（2）光譜分辨率達到超精細程度；（3）可進行超快（10-100 fs量級）光譜分析;（4）把相干性和非線形引入光譜分析；（5）光譜分析用的光源波長可調譜。自從激光引入之后，先進的光譜分析已經激化了。 23激光光譜學常用的幾種激光器3.1固體激光器以玻璃或者晶體等固體材料作基質，摻入某些激活離子做成激光工作物質的激光器。固體激光器工作特點是工作物質堅固，激活離子密度比較高。因此，單位工作物質能夠產生較高激光能量（或功率）。工作物質有儲能效應，能產生很高

2、峰值激光功率。主要缺點是大多數(shù)激光器件的能量轉換效率不高，輸出的激光波長不夠多 樣化，往往只能產生某一種或少數(shù)幾種波長。不過，隨著固體激光器技術的發(fā)展，這兩個缺點已逐步在克服， 比如采用半導體激光器做抽遠光源，替代傳統(tǒng)的閃光抽運，總體能量轉換效率已提高510倍。用摻雜Cr和Ti的過渡金屬離子做成激活離子工作物質，輸出的激光波長能夠可調諧；摻三價稀土元素Tm、Ho、Er做成的工作物質，輸出的激光波長已擴展到紅外波段（23um）。世界上第一臺激光器是以紅寶石做基質，摻鉻離子做激活離子做成的工作物質的激光器，它誕生于1960年夏天，由美國休斯公司的梅曼研制成功。以下是兩種典型的固體激光器：1）離子摻

3、雜固體激光器在基質晶體或玻璃中添加過渡金屬和稀土類離子作發(fā)光中心是一類重要的激光器。紅寶石（Al 2O3：中摻雜Cr3+）是實現(xiàn)激光作用的第一種材料，其波長為694 nm,激光的激活粒子是摻在A12O3晶體中的Cr3+離子。摻欽憶鋁石榴石（Nd3+： YAG）是利用三價銣離子（Nd3+）作激活粒子，室溫下激光發(fā)射波長為1064 nm。大多數(shù)晶體中摻雜離子激光器具有相當窄的增益帶寬，大約為波長的萬分之一。改變晶體溫度，中心波長 會略有改變，但沒有什么實用價值。在非定形固體（如玻璃）中，增益帶寬會有明顯增加，比如欽玻璃的譜線寬度約為300 cm-1,Nd3+:YAG的譜線寬度約大50倍。這是由于玻

4、璃的無定形結構所造成的，它使各個Nd'+離子的周圍環(huán)境稍有不同，從而使離子的能級分裂發(fā)生微小的變化，因此不同離子的輻射頻率也有微小的差別，這會 引起自發(fā)輻射光譜的加寬。但是同寬帶可調諧系統(tǒng)，比如染料激光器或色心 激光器相比較還是較小，前者的調諧區(qū)為中心波長的1-3%，而后者為5-20% ,在包含三價稀土類離子（Pr 3+、Er3+、Ho 3+、Tm3+ , Nd 3+等）的固體激光器中，用閃光燈激發(fā)，得到從 0.55 jtm（Pr:LaF3）到 2.69 jtm （ErF3:TmF3:CaF3） 之間的100多根振蕩線，其中 Nd:YAG的1064 nm激光躍遷是熟知的高功率振蕩線用Y

5、LF（LiYF4）作基質晶體材料，使固體激光器的振蕩波段從Ce:YLF的325 nm擴展到Ho:YLF的3.19拌m.摻過渡金屬離子的波長可調諧固體激光器是目前世界各國競相研究的一種新型固體激光器。表2給出主要的摻過渡金屬離子的波長可調激光器。由表可見，這 些摻過渡金屬離子 的波長可調激光器， 在可見光到近紅外 區(qū)域內振蕩。2）色心激光器 色心是堿金屬鹵化物晶體及堿土離于基質晶體長伽1渥度（K孫式激勵源d3Ti3+皿心300脈沖，連續(xù)激效燈BeAljOf780-B20軸0脈沖激光da+Va +CsCbF1240-13301050-13002D0連續(xù)表2護過菠全屬離子的主要武長可調激丸琴氟化物晶

6、體中離子位置結合一個電子而形成的。它是固態(tài)晶體結構中光學激活晶格缺陷。典型的色心是離子晶 體中一個負離子空缺，從而在晶體的一個小區(qū)間內形成過量的正電荷。一個自由電子可被束縛在這個勢阱里。 電子在該勢阱里束縛態(tài)之問的光學允許躍遷就成了晶體光譜中新的吸收帶。電子在色心激發(fā)態(tài)具有不同于基態(tài) 的電子分布，因此對不同的電子態(tài)周圍離子的平衡位置也略有不同。這樣，電子從基態(tài)吸收一個光子就會進入電子激發(fā)態(tài)的“振動激發(fā)態(tài)”。晶體的迅速的振動弛豫使其很快達到平衡態(tài)，從而向基電子態(tài)的振動激發(fā)態(tài)躍遷而放出光子。這種過程同后面在染料激光器泵浦機制中所討論的是相同的。而且多種色心激光器可以像染料激光器一樣成為寬調諧激光器

7、。所不同的是染料激光器長波段通常只能到lAm,而色心激光器調諧范圍為0.8- 4（cm）。像染料激光器一樣，色心激光器可以脈沖或連續(xù)運轉。后面討論的染料激光器的一些限制也同樣適用于色心激光器。首先 Stokes偏移必須足夠分離吸收譜和熒光 譜;其次激發(fā)態(tài)必須沒有強吸收；最后激發(fā)態(tài)無輻射失活必須慢。 像染料激光器那樣，這些條件使某些色心不能成 為有效的激光器。適合產生激光的晶體中的色心要經過非常仔細的處理才能形成。而這些晶格缺陷會在晶體里遷移，或許會 使激光激活心轉變?yōu)槠渌褪脚c激光無用的心。這種有害的遷移可以用冷卻晶體來減輕，這就是為什么大多數(shù) 色心激光器通常運轉甚至儲存在液氮溫度（77K）。

8、在晶體中摻雜某種離子可以捕獲色心而顯著地降底色心遷移，從而提高色心的穩(wěn)定性。這種雜質協(xié)助的色心在室溫下也有適當?shù)膬Υ鎵勖Ｄ承╇s質協(xié)助的色心在室溫下有 顯著的無輻射失活，因而為改進激光器性能通常要冷卻晶體。3.2氣體激光器以氣體或者金屬蒸氣為工作物質的激光器。在通常情況下為氣體的，包括原子氣體和分子氣體以及它們的 離子均可做激光器的工作物質。有時用一種純氣體，更多的情況是用多種氣體的混合物做工作物質，其中一種 氣體是發(fā)射激光的激活離子，其余的稱為輔助氣體，它們能夠改善激光器的工作性能和輸出性能。氣體工作物 質的種類很多，發(fā)射激光的能級也不只一對，一般都可以同時在許多對能級之間建立粒子數(shù)反轉，因

9、此，氣體 激光器不僅種類多，輸出的激光波長數(shù)量也極多，幾乎遍及在整個從遠紫外到遠紅外區(qū)。對于產生激光躍遷的 能級，即使上激光能級平均壽命比下激光能級的平均壽命短，在采用了快速電脈沖或者光抽運的條件下，也能 夠獲得這對能級的受激輻射放大。對于固體激光物質，一般來說，這是不可能的。氣體工作物質的光學均勻性 比較好，所以，氣體激光器輸出的激光發(fā)射角一般都比其他激光器的發(fā)射角小。氣體激光器一般都采用氣體抽 運或者電子束注入抽運。主要缺點是工作物質的激活粒子密度比較低，因此，器件的體積一般都比較大。氦氖激光器是最早實現(xiàn)的氣體激光器，1961年問世，我國第一臺這種激光器在1963年7月研制成功。激光器的工

10、作物質是氦氖混合氣體，發(fā)射激光的是氖原子，加入氦氣體是用來改善混合氣體的放電特性。提高氖 原子的能級粒子數(shù)反轉密度，亦即可以提高激光器輸出功率和能量轉換效率。CO2分子激光器是以CO2氣體、氦氣體、氮氣體和氙氣體混合物為工作物質的激光器。激光由CO2分子的振一轉能級躍遷發(fā)射，其他氣體的作用是改善混合氣體的放電條件，提高激光器的激光能量轉換效率和激光功 率水平，可以連續(xù)抽運和脈沖抽運，連續(xù)抽運的器件輸出功率已達10萬瓦，脈沖抽運的器件輸出功率已高達10 12 瓦。準分子激光器有這樣一些分子，具有束縛的激發(fā)態(tài)，但卻沒有束縛的基態(tài)，稱其為準分子。典型的例子象KrF這樣的稀有氣體鹵化物，具有大核間距離

11、子對Kr+F-所對應的態(tài)，而無束縛的基態(tài)則對應中性原子。處于基態(tài)的這些分子會很快離解，這樣激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間自動形成粒子數(shù)反轉通?？捎妹}沖快放電（20-50 ns）來激勵激光器，也可以用電子束激勵，但其結構太龐大，在光譜學研究中很少使用。有一些分子，比如XeCI、XeF和F:的基態(tài)是弱束縛，嚴格地說這些分子不能稱為“準分子”，然而它們的許多特性及其動力學機制與真正的準分子是相同的，故通稱為準分子。與那些束縛一自由躍遷準分子的連續(xù)輻射不同，這些束縛一束縛躍遷準分子的輻射輸出具有 可分辨的振動轉動結構。那些真正的準分子，比如ArF、KrF以及KrCl可以在大約0.5%中心頻率的一個小區(qū)間內連續(xù)調諧；

12、而那些束縛一束縛躍遷準分子，比如XeF ,XeCl可以在其密集的支線間調諧，但決不是連續(xù)的。由于準分子激光器的高功率和高能量， 用的可調諧光源。準分子激光器的主要特點是： 式存在的分子，這種分子壽命很短， 光躍遷的下能級）壽命很短，約為 射的出現(xiàn)為標志來判斷準分子的生成。使其在紫外區(qū)能成為一種實（1）準分子是一種以激發(fā)態(tài)形 僅有10-8S量級，基態(tài)（即激10 3s,因此只能以其特征輻這些特征輻射譜對應于低激發(fā)態(tài)到排斥態(tài)基態(tài)之間躍遷，其熒光譜為一連續(xù)帶，這是準分 子光譜的特征。（2 ）由于激光躍遷下能級的粒子迅速離解。所以 激光下能級總是空的。只要激發(fā)態(tài)存在分子，就處于粒子數(shù)反轉 狀態(tài)。（3）由

13、于準分子激光下能級不是某個確定的振動一一轉動 能級。躍遷是寬帶的。因此準分子激光器可以調諧運轉。（4 ）準分子激光器的輸出波長主要處在紫外區(qū)到可見光區(qū)，具有波長短 的特點。準分子激光器脈沖輸出能量可達百焦耳量級，平均功率 可大于200瓦，重復頻率高達1KHz。在同位素分離、光化學、醫(yī) 學、生物學、微電子工業(yè)加工和泵浦染料激光器等方面獲得廣泛應用。 3.3染料激光器陽4澈光型斛分子槪製圈染料激光器是以染料作為激光工作物質的激光器。大多數(shù)是將染料溶于乙醇苯丙酮或水等溶劑中，配成10-510-3m/l級濃度的溶液，也可以將染料溶于塑料中，做成固溶體染料激光器，甚至做成厚度只有數(shù)毫米的薄 膜激光器。染

14、料激光器的突出特點是可以實現(xiàn)輸出波長在一個較大的波長范圍內調諧。使用不同的染料可以實 現(xiàn)從紫外的320nm到紅外的1.168um內調諧，使用倍頻技術，還可擴展到200nm附近。光泵浦有機染料液體溶液是一種在光譜學中應用得最普遍、最靈活的激光器。運用不同的有機染料其輸出波長從紫外波段的 340nm經過可見波段一直可達到近紅外波段的1200nm。至今已有100多種染料可作為染料激光器的介質，每一種染料都可以在某一有限的波長區(qū)連續(xù)調諧。不同染料可調諧區(qū)的相互重疊，使我們對于 某一確定的光譜區(qū)總能找到相應的一種或經常是幾種染料作為該光譜區(qū)的光源。圖4示出一種典型的染料分子能級圖。S。為基態(tài)，S1、Sz

15、為單態(tài)激發(fā)態(tài)，而 Ti、T:為三重態(tài)激發(fā)態(tài)。復雜的染料分子具有靠得很近的振動和轉動能級，這些能級之間有很快的弛豫。這些分離結構的振轉能級的展寬 產生能級之間的重疊而形成準連續(xù)的光 譜，從而使染料激光器在一個很寬的光譜區(qū)連續(xù)可調諧。通常，一個分子的電子激發(fā)態(tài)的核間距有別于基態(tài)的核間距，因此激發(fā)態(tài)與基態(tài)的勢阱底是偏離的，如圖 4所示。根據(jù)Franck-Condon原則，分子電子態(tài)的躍遷將發(fā)生在那些沒有核間距變化的能級之間。如圖4所示處于基電子態(tài)S。低振動能級的分子吸收一個光子必然進入電子激發(fā)態(tài)S1的高振動能級。在溶液里一個典型的染料分子S1的高振動態(tài)弛豫到低振動態(tài)在p s量級甚至更短，比起lls量

16、級的51態(tài)的輻射壽命要短得多。因此來自S1的熒光或激光如圖 4所示從S1的低振動態(tài)至S。的高振動態(tài)。而 S。態(tài)高振動能級的碎滅也是Ps量級的快過程。這是一種典型的四能級激光體系。9Stokes 偏移。染料分子的另一個基本特性是，吸收光譜峰值波長一般比相應的發(fā)射光譜峰值波長短，稱為一種重要的激光染料若丹明6G的吸收和熒光譜。注意到雖然熒光譜向長波方向偏離，但吸收譜和熒光譜仍有6G來說，激光調諧的短波限為555nm,其熒Stokes偏移使熒光譜和吸收譜的重疊區(qū)很小就可重疊區(qū)。激光作用只發(fā)生在那些增益超過吸收的地方。拿若丹明 光譜的短波限要遠遠超出此值。當一種激光染料具有足夠大的 能獲得最寬的調諧區(qū)

17、。（見圖4）。單態(tài)和三重態(tài)之間的躍遷是禁戒躍遷，1000倍。因此第一激發(fā)三重態(tài)的壽命可達ms量級。由于T1三重T1*T2躍遷是允許躍遷，分子有很強的吸收。若這個吸 在某一臨界處使激光碎滅。對染料分子每一個激發(fā)單態(tài)有一個能量稍低的激發(fā)三重態(tài) 比單態(tài)一單態(tài)或三重態(tài)一三重態(tài)躍遷要弱約態(tài)的壽命相當長，所以它對受激分子起了陷阱的作用。 收波長范圍與激光發(fā)射波長相重合，則分子在T，態(tài)的積累將增加激光的損耗，這也是有些染料激光器只能在脈沖條件下運轉的主要原因。3.4半導體激光器半導體激光器是基于半導體帶隙中載流子復合輻射，在激光光譜學中廣 泛使用的一種重要的激光器。圖7給出了半導體中載流子的允許能級。圖中縱

18、坐標為電子能量，橫坐 標為載流子動量。光子的動量比電子或空穴的動量要小得多，因此如圖所示 價帶和導帶之間的光子躍遷可以用垂直線來表示。當處于價帶的一個電子吸 收一個光子而進入導帶，同時也在價導產生一個空穴。電子和空穴的動量弛 豫很快使其處于熱平衡，也就是說導帶的電子以及價帶的空穴很快向零動量 處弛豫。處于導帶底的電子和價帶頂?shù)目昭ㄖg的復合躍遷的輻射頻率為 by<Ef。一 Efh。Ef。和Ef、分別為電子和空穴的費米能級。因為在價帶沒有 電子可能吸收該頻率，所以在該頻率處會有增益而形成激光。這種p-n結二極管激光器可以具有同其輻射波長相比甚至還小的激光區(qū)。 這些材料中光吸收系數(shù)電截止功率

19、都較大，因而激光或者電子束泵浦的半導體激光典型地具有um級增益區(qū).半導體晶體高的折射率或許也會隨摻雜而有所變化。對其它種類激光器常?？梢院雎缘闹T如衍射、波導以及其它 電磁傳播效應，在半導體激光器中顯得很重要。半導體激光器可以用多種機制來泵浦，只要它能迅速將電子充入導帶的底部同時抽空價帶的頂部。波長短 于激光波長的光泵浦顯然就能滿足這樣的要求。半導體中注入一定能量的電子（電子束泵浦）與價帶中的電子相碰撞也能使其激發(fā)到導帶。也可以在半導體中加一個非常高的電場來實現(xiàn)泵浦（沖擊離化泵浦）。另一種略有不同的機制產生反轉分布是在半導體材料中的p-n結附近。雖然至今受現(xiàn)有技術的限制仍有少數(shù)幾種半導體不能形成

20、p-n結而只能用光泵浦或電子束泵浦，但是這種利用 p-n結產生激光的半導體激光器是最普遍使用的半導體激光器。 設想在一種導帶有過量電子的摻雜材料（n 型 ）和一種價帶有過量空穴的摻雜材料（p型 ）之間的 p-n 結有一電流。電子從外電路進入n 型半導體并沿著電場方向向 p-n 結擴散。同時，電子從 p 型半導體進入外電路，產生的空穴沿著電場的相反方向向 p-n 結擴散。在 p-n 結附近，載流子向著相反摻雜的半導 體材料擴散大約幾個微米。在這個很窄的區(qū)域里，電子布居在導帶，而空穴布居在價帶，對于載流子復合輻射 形成增益。這種 p-n 結載流子復合產生的激光也叫做二極管激光。 71962年發(fā)明的

21、半導體激光器是在n型GaAs襯底上，用擴散方法形成的p-n結。因為n型和p型都是GaAs,所以稱為同質結。 這種激光器閉值很高， 不能在室溫連續(xù)運轉。 1969年單異質結激光器間世。 這種激光器在 p-n 結 p 側再生長一層帶隙較寬但晶格匹配的 GaAlAs 層，以阻擋電子在 p 區(qū)的擴散。結果，閉值降低了約一個數(shù) 量級，但仍不能在室溫連續(xù)運轉。1970年出現(xiàn)了雙異質結激光器。用一個GaAlAs層來阻擋空穴在n區(qū)的擴散。 這樣，注入的電子、空穴都被限制在很窄的作用區(qū)（d- 0.3ttm）。同時，電子、空穴復合所產生的光子，由于波導效應，也被限制在作用區(qū)。結果，可使閩值降低了約一個數(shù)量級，終于

22、實現(xiàn)了室溫連續(xù)運轉。當作用區(qū)厚度被減薄到同電子的得波羅依波長差不多 （100 入）時，就會出現(xiàn)全新的量子效應。電子波可看 作在一個 GaAs 層的阱中， GaAs 層周圍是 GaAlAs 壁或勢壘?？梢约僭O此壁無限高，或叫“無限深的阱” 。根 據(jù)量子力學理論，在壁中找到電子的 ）L 率為零，因此兩側電子波的振幅也為零。由于壁上為波的零點，所以產 生駐波圖案，因此僅允許一定波長或狀態(tài)的電子存在。電子運動呈量子化，具有一定分立能級，每一能級對應 一允許波長。這一效應帶來了全新的半導體激光器，這就是所謂量子阱半導體激光器。在這種激光器中，注入 的電子、空穴不是存在于一個連續(xù)的能帶上，而是存在于一系列

23、不連續(xù)的能級上。單量子阱激光器和薄作用區(qū) 激光器十分類似，只是作用區(qū)更薄。多量子阱激光器含有幾十或上百個阱和限制層，它們交替重疊，構成作用 區(qū)。這種量子阱激光器具備了許多新特點，如閉值低、光譜更純、功率更高等。半導體激光器還是產生超短脈沖的理想光源。直接用短脈沖驅動普通的半導體激光器，可產生兒十ps的光脈沖。利用外腔的主動鎖模，可產生20ps的光脈沖；進行被動鎖模，可產生 <lps的光脈沖。另外， 還可以利用所謂的鎖相列陣激光器來提高器件的輸出功率。甚至還可以把許多鎖相列陣激光器合并在一起，構成激光棒進一步提高輸出功率，一個lcm的激光棒可輸出 5W。采用外腔半導體激光器，外部鏡選用光柵

24、， 就可只讓其中的一個縱模運轉。 轉動光柵， 還可以實現(xiàn)波長調諧而成為單縱模和窄線寬半導體激光器。 而采用PbSnTe等鉛鹽材料，可制成更長 （3- 30icm）波長的可調諧半導體激光器。8從染料激光器到鈦寶石類的固體激光器，由于其輸出波長具有優(yōu)越的可調諧性，而長期受到關注，已形成 一個新型的固體可調諧激光器分支。半導體激光器的出現(xiàn)不但為光纖通信的發(fā)展奠定了可靠的基礎，而且為整 個激光技術的發(fā)展注入了新的活力，并成為其中最關鍵，最基礎的核心器件。隨著半導體激光器的快速發(fā)展， 激光二極管抽運的固體激光器技術迅速崛起，由于這類激光器具有體積小，效率高，性能穩(wěn)定可靠，易于實用 化等突出特點，因此已成

25、為激光領域研究和發(fā)展的重要熱點之一。4 光譜學中激光器系統(tǒng)設計中的一些單元技術4.1 激光器的選模技術在光譜學研究中，經常要到單頻激光源。而通常的激光器總是運轉在多模狀態(tài)，這意味著許多TEM mng 模，只要其增益超過總損耗就會在激光振蕩中出現(xiàn)。而所謂選模，實質上就是讓那些我們不想要的模式的損耗增大 到超過增益，使其不能達到起振閾值，而讓那些想要的模式損耗盡可能低。對高階橫模的抑制與縱模選擇通常 是用不同方法來實現(xiàn)的。 9這是因為不同的橫模意味著徑向不同的場分布，而不同的縱?？梢跃哂邢嗤膹较?場分布，但在自由光譜區(qū)的頻率是不同的。由于高階橫模 TEM mng 隨著模向階次 m 或 n 的增加

26、， 沿著共振軸方向分布的徑向場會越來越小.這意味著在共振腔內插入一個適當?shù)墓怅@，高階模的損耗就會遠遠大于基模的損耗。正如前述，諧振腔模式的場分布或者 換句話說它們的衍射損耗與諧振腔的參量比如腔鏡的曲率半徑:和鏡間距有關，當然也同菲涅耳數(shù)有關。10激光器通?？偸沁\轉在單橫模狀態(tài)。但此時的激光器仍運轉在多縱模狀態(tài)。這是因為在通常情況下，激光 器的增益寬度 v8總比縱模間隔c/2L大。獲得單縱模運轉的最簡單的方法就是縮短腔長。也就是說增大縱模 問隔，使得在整個增益寬度內只有一個縱模處于閉值之上。11這種簡單的選模方法的不足之處是，其激活介質通常很短，不可能獲得高的輸出功率。為了獲得高功率輸出的單模激

27、光器。下面介紹一些腔內和腔外的選模技術。當一個多模激光輸出通過一個起濾波作用的裝置（比如干涉器或者光譜儀 ）后就可選取單模激光輸出。 一個理想的選模，對不想要的模要有高的抑制，而對想要的模需要高的透過。12但是這種腔外選模的缺點是總的激光輸出功率只有一部分被利用。利用置于腔內的濾波器則可以抑制那些不想要的模，使其損耗大于增益，從而不可能出現(xiàn)在激光振蕩之中。這樣想要的模就可以從激活介質中提取更多的能量。單模激光器的輸出功率，通 常要比多模運轉時的輸出功率高。在單模運轉儲況下，大約可以獲得厶Vhom/ Vg部分的多模功率。 Vhom表示在非均勻增益線寬內的均勻線寬。對于單模運轉由于高強度模的功率展

28、寬Vhom甚至會更大些。比如在氫離子激光器中用腔內的選模技術可以在一個單模內獲得 30%多模功率。這就是為什么實際上所有的單模激光器都使用腔內選模。134.2鎖模和超短脈沖激光器超短脈沖激光器在激光光譜學中有著廣泛的應用，特別是在物理、化學、生物等領域，正在利用皮秒（10-12S）光譜法甚至飛秒（10-15s）光譜法進行各種各樣快速過程的研究。產生超短脈沖激光的方法大致包括行波激發(fā)，共振腔瞬變過程的短脈沖激發(fā) ；包括Q 一開關，腔倒空和 F-P電光調制快禍合的共振腔 Q調制;包括腔外調制，等 離子體開關的光脈沖削波；以及主、被動鎖模等。但是可以毫不夸張地說鎖模技術是產生超短脈沖的中心問題。在一

29、般情況下，激光振蕩的光譜是由許多縱模組成的。鎖模法就是使這些縱模之間的相位一致，并由相位 一致的許多縱模的疊加產生超短光脈沖的方法。鎖模法大致可分為在共振腔內加以調制的主動鎖模法和利用激 光共振腔內的激光工作物質或者可飽和吸收體等非線性形成的被動鎖模法。當然也可把這兩種方法結合起來， 稱作主被動混合式鎖模法。染料激光器的增益譜寬達500nm,可實現(xiàn)寬廣的波長調諧，同時也可以獲得皮秒量級的變換極限光脈沖。運用主、被動混合式鎖模法，甚至能從連續(xù)染料激光器產生高速脈沖序列的亞皮秒激光脈沖。連續(xù)染料激光器的鎖模始于1971年，采用聲光調制器獲得兒十皮秒量級的光脈沖。運用KD*P電光調制，以共振腔基頻的四倍頻調制，可以得到10 ps光脈沖采用光調制器直接調制激光束的方式中，由于難以快速調制，縮短脈沖寬度并不容易。如采用另一種鎖模激光器，比如鎖模氫離子激