介紹幾種提高激光功率的技術

調(diào)Q技術

調(diào)Q技術是將激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中，從而使激光光源的峰值功率提高幾個數(shù)量級的一種技術（脈沖寬度指的就是時間，通常我們所說的飛秒激光就是脈沖寬度為飛秒量級的激光）。

激光產(chǎn)生的條件：需要形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。那么當粒子數(shù)反轉(zhuǎn)超過一定值后，就會形成振蕩，產(chǎn)生激光。當激光發(fā)射以后，上能級粒子數(shù)就消耗掉了，所以振蕩就停止了，直到下一次粒子數(shù)累積后再反轉(zhuǎn)。這也就是為什么普通激光器峰值功率不能提高的原因（一般只有千瓦數(shù)量級）。

改變激光器損耗的方法很多，比如轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q、電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q、飽和吸收調(diào)Q等。再以電光調(diào)Q為例，在激光器里面新添加的器件是偏振片和電光晶體，然后通過周期控制電光晶體，使得其偏振方向與前面偏振片方向周期性轉(zhuǎn)變：平行或者垂直。偏振原理：當偏振片平行時，光全部通過；偏振片正交（即垂直）時，光全部攔截。當光全部攔截時就表示激光器的損耗非常非常大。調(diào)Q技術一般可以提高2個數(shù)量級的峰值功率，達到10^6W （MW）量級（^表示冪次方），脈寬為納秒量級左右。

鎖模技術

實現(xiàn)鎖模的方法有很多種，但一般可以分成兩大類：即主動鎖模和被動鎖模。主動鎖模指的是通過由外部向激光器提供調(diào)制信號的途徑來周期性地改變激光器的增益或損耗從而達到鎖模目的；而被動鎖模則是利用材料的非線性吸收或非線性相變的特性來產(chǎn)生激光超短脈沖。

鎖模，也叫鎖相，顧名思義，就是鎖定激光器的模式，或者鎖定激光的相位。回顧下干涉的原理：當電磁波（光）滿足一定的條件：相位差（光程差）恒定，振動方向一致，就會產(chǎn)生干涉。如圖2（b）所示，當鎖定不同激光縱模（即頻率）之間的相位差后，就會將大部分能量集中到干涉增強處；圖2（b）為普通未鎖定相位的光強時域分布。通過這種方法，可以將脈沖寬度壓縮到皮秒量級，甚至到亞飛秒量級，功率達到10^9W（GW）量級。

啁啾脈沖放大技術

啁啾脈沖放大技術不僅將峰值功率提升了近10個數(shù)量級，而且體積小、成本低，也避免了上述的問題，甚至成為類似于神光系列大裝置激光系統(tǒng)的基本手段。

啁啾脈沖放大技術原理如圖3所示，結(jié)構(gòu)上分為四部分：振蕩器、展寬器、放大器、壓縮器。原理就是先展寬、然后放大、再壓縮成高功率短脈沖的激光。這個好處就在于，極大地避免了在帶有增益介質(zhì)的放大器中產(chǎn)生高峰值功率的激光，從而避免元件損傷等。

光學參量啁啾脈沖放大技術

光學參量放大（OPA）是指一束高頻率的光（泵浦光）和一束低頻率的光（信號光）同時進入非線性介質(zhì)中，輸出中的信號光由于差頻效應而得到放大，當然于此同時會產(chǎn)生兩者光頻差的第三種相干光，稱之為閑頻光（必須符合能量守恒定律）。

由于該技術采用非線性晶體（例如KDP、BBO等），而不是利用增益介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，所以沒有熱效應，沒有ASE效應等，具有非常高的信噪比。