第29讲 被动锁模及飞秒激光技术
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激光器中的棱镜组是脉冲压缩器件，用以补偿DODCI和若丹明6G的群速度色散。
该激光器可以产生脉宽60 fs的激光输出，脉冲重复率为80 MHz，中心波长为620nm， 平均功率20mW 。
12
29.3 飞秒激光技术
一、飞秒激光技术的发展
材料科学的进步推动了超短脉冲激光技术的发展。
以掺钛蓝宝石（Ti：Al2 O3）为代表的自锁模飞秒激光器，由 于具有极宽的增益带宽（几乎是钕玻璃的10倍），意味着它 特别适应于作为飞秒激光介质，全固化掺钛兰宝石自锁模激 光器能直接产生10 fs量级的光脉冲。
收材料，除了传统的染料 之外，近年来还有Cr：YAG 晶体和半导体可饱和吸收 镜（SESAM）等。
7
碰撞锁模（Colliding Pulse Mode locking CPM ）技术在上世纪80
29.2碰撞锁模（CPM）激光器
年代出现，首先将激光超短脉冲由皮秒 ps 压缩到飞秒 fs 量级。
，式中， m 为光斑大小； 为一常量，一般
29.3 飞秒激光技术
1个光脉冲中不同的时间区域内，对应着不同的自聚焦的焦距。 即：光强的大小对应焦距的短长。光脉冲峰值处的光强所形 再利用通常的谐振腔模式分析方法，不难 成的自聚焦距最短。 得出光脉冲前后沿与峰值处，各自相对应的高斯光束参数。 一般来讲，高强度区对应短焦距，其光斑半径较小，低强度区 对应长焦距，其光斑半径较大。 利用光阑或介质本身的自孔径
CPM常采用如图所示的共振环型腔结构。其锁模过程概述如下：
1 、由激光增益介质产生的光脉冲在分束镜R1 处被分为两个
强度相等的光脉冲，在环型腔内相向传播、可饱和吸收 体位于环型腔中部，保证两个光脉冲在可饱和吸收体中 相碰撞。
8
29.2碰撞锁模（CPM）激光器
2 、由于两个光脉冲的相干性和波ຫໍສະໝຸດ Baidu量级的光程差，碰撞时将
因而要用合适的负色散去补偿，才可以得到最窄的脉冲宽度。
23
29.3 飞秒激光技术
大量的实验及分析计算表明，自锁模必须采用附加措施来启动 （最初工作在连续状态）。
最简单的方法是轻敲平台或某一腔镜以产生一个强度扰动以启 动自锁模。
启动后的激光器在锁模稳定运转时受周围环境扰动的影响，一 旦失锁必须重新启动，
6
29.1 被动锁模
被动锁模器件激光器的典型腔型结构如图所示。 为得到锁模效果好，稳定性高的激光超短脉冲，器件设计应 注意以下几点： 为消除 子腔”效应，可饱和吸收体与全反射镜最好合而为一。 “ 饱和吸收谱线与激光增益谱线相匹配，且不小于增益线宽。
饱和吸收体具有适当的饱和光强和静态透过率，以及高的抗光 损伤阈值，其上能级寿命要远小于2 L / c。 用于被动锁模的可饱和吸
该光栅对入射光场产生Bragg衍射，可以求出 B 为：
0 sin B 1 B 2n s 2
则衍射光对入射光的夹角为 2 B ，即该光栅对入射光 起后向散射作用。
10
29.2碰撞锁模（CPM）激光器
3 、两个光脉冲相干叠加所形成的空间光栅，在可饱和吸收体
选模作用，将脉冲前、后沿对 应的低强度光强空间“滤波”。
相当于对光脉 冲在时域上的 进行压缩
19
29.3 飞秒激光技术
自聚焦效应和光阑的结合相当于一个快弛豫饱和吸收体，
0 I t ， 即峰值处的损耗最少，净增益最大，经过多
次振荡后，脉冲宽度不断被压缩，对于掺钛兰宝石自锁模激光 器，在光克尔效应的作用下，可获得飞秒量级的超短脉冲。 当外界泵浦的光功率和光斑尺寸确定后，对于光克尔透镜自锁 模激光器所谐振腔设计，必须考虑以下因素 :
光kerr效应：n n0 n n0 n2 I t
2
29.3 飞秒激光技术
n ＞0 ，从时域上分析光强导致折射率的变化，
对光脉冲的前、后沿和中心部分，将在介质中对应不同的折射 率变化。对于玻璃和晶体等材料，其响应时间为飞秒量级，因
此可以认为n t 能 实时”地跟随I t 的变化。 “
然后利用其锁模器件的非线性效应使脉冲的前后沿的增益小 于损耗，而使脉冲中间的增益大于损耗，
脉冲在腔内往返过程中，不断被整形放大，脉冲宽度被压缩， 直到稳定锁模。
因此，自锁模脉冲形成可以分为以下两个阶段：
21
29.3 飞秒激光技术
初始脉冲的形成：
理论分析和大量的实验证明，连续运转的掺钛蓝宝石激光器中 的噪声脉冲由于达不到锁模的启动阈值，故该种激光器的自锁 模不能自启动。
从空间上看，一个高斯型分布的光束，在横截面上的光强分布 是中间大、两边小，导致折射率梯度分布，从而形成一个等效 的会聚透镜，即克尔自聚焦效应。
其焦距f m
2 m
为5.6 ~ 5.7；nm n2 I t 为轴线上折射率变化，I m 为入射到 介质上光束的近轴光强。
18
4nm L
上世纪90年代初，首次在掺钛蓝宝石激光器上获得飞秒量级的 超短脉冲， 这类自锁模激光器结构简单，激活介质本身就是锁
模元件，锁模谱线宽度也就是增益线宽， 并且输出稳定性好，
可获得最短的锁模脉冲，是目前产生飞秒超短脉冲的主要器件。
最简单的自锁模掺钛兰宝石激光器的结构装臵如图所示。
16
29.3 飞秒激光技术
在He Ne激光器、红宝石、钕玻璃，Nd : YAG 激光器以及半导
和纵模 跳变”等无规则随机因素，能维持各纵模的等间隔分布， “
但输出极不稳定，锁 体和CO2 激光器上，都观察到自锁模现象， 模脉冲不能得到持续，无实用价值，有时还要作为影响激光器稳 定运转的负面因素设法予以消除。
15
29.3 飞秒激光技术
的驰豫时间大于光脉冲宽度的条件下， 对脉冲后沿也有相当大
的调制，造成的相移拓宽了频谱，而散射使脉冲后沿受削，
从整体上压缩了脉冲宽度。
CPM 锁模激光器属于慢弛豫锁模激光器，激光介质和可饱和 吸收材料的弛豫时间在ns量级。 CPM 技术使得被动锁模的非线性过程加强、加快，可获得更窄
的锁模脉冲。 例如，对于Nd：YAG 激光器，采用CPM 技术后，
质的增益色散效应，各个尖峰的频谱宽度将压缩几十倍。 在一
个振荡周期中（2 L / c）充满了若干个强度随机分布的尖峰脉冲。
2
29.1 被动锁模
初始激光脉冲光强的起伏很大，在吸收体染 线性放大阶段： 料中，对强脉冲吸收得少而对弱脉冲吸收得多，在激光介质 中，产生线性放大，其结果就发生自然选模作用。
非线性吸收阶段：此阶段内激光介质的增益虽然是线性的， 但激光辐射场的最强脉冲使饱和吸收体呈现非线性吸收，大 量的弱脉冲受到染料的吸收而被抑制掉， 使发射脉冲变窄， 谱线增宽。
因此，必须首先在腔内引入一个瞬间扰动，造成高损耗，当腔 镜复位时，腔中的光强产生强烈涨落。 当它们通过增益介质时，由于增益介质的自聚焦效应，它与腔 内光阑的结合等效于可饱和吸收体， 经过自振幅调制（SAM）和增益介质的线性放大，对脉冲进行 选择、放大、初步压缩，形成初始脉冲。
22
29.3 飞秒激光技术
可以得到10 PS的锁模脉宽，较主动锁模脉宽窄了1个数量级基本 达到增益线宽的倒数。CPM技术主要适用于驰豫时间大于光脉
冲宽度，慢饱和吸收体的被动锁模。
11
29.2碰撞锁模（CPM）激光器
下图是CPM 染料激光器示意图，谐振腔为环形腔，以若丹明6G为激光增益介质， DODCI为可饱和吸收体。激光器泵浦源为波长515nm，功率为5W 的Ar 激光器。
目前，几乎所有的飞秒脉冲都是通过光克尔效应进行被动锁模的。
三、光克尔透镜效应
通常的克尔效应也称为二次电光效应，即介质折射率的变化n 与外电场的平方成正比，在光频范畴内，与光强I t 成正比的 介质折射率变化。 克尔效应属于三阶非线性光学效应。
17
n t n2 I t
激光原理与技术
第二十九讲 被动锁模及飞秒激光技术
29.1 被动锁模
将可饱和吸收体放在激光谐振腔内，当其上能级寿命小于光脉 冲在腔内往返一次的时间2 L / c时， 1 2 L 109 s a q c 则可得到一系列锁模脉冲。
时域分析
光泵开始后，激活粒子由基态激发到高能态，产生自发辐射。 当腔中增益等于损耗时，则形成激光振荡。 由于大量纵模的相互干涉，使谐振腔中激光输出幅度出现了强 的波动。 随着振荡次数的增加，这些辐射场的强度逐渐增强， 并获得了周期结构，但仍保持它的噪声特性。 由于激光工作物
另外，掺铬氟化铝锶铌（Cr : LiSAF）和掺铬镁橄榄石 （Cr : Forsterite）也可以作全固化、高效率产生飞秒激光 的材料
13
29.3 飞秒激光技术
钛宝石飞秒激光系统
14
29.3 飞秒激光技术 二、自锁模 Self — Mode — Locking
当激活介质本身的非线性极化效应，能够补偿色散、频率牵引 并且有确定的相位关系，实现满足锁模条件的超短脉序列输出， 则该激光器称为自锁模激光器。
3
29.1 被动锁模
非线性放大阶段： 选择出的强脉冲不但能使染料吸收饱和， 当强脉冲经过激活介 而且使激光工作物质的增益达到饱和， 质时，前沿及中心部位放大得多，致使脉冲后沿放大得少， 甚至得不到放大，其结果使前后沿变陡，脉冲变窄，小脉冲
几乎被完全抑制，最后输出一个高强度窄脉宽的脉冲序列。
频域分析
从较为广泛的意义上讲，自锁模也属于被动锁模，并且通常是 快饱和吸收方式，即透过率能完全瞬时的随光强而变，因此， 脉冲前、后沿损耗大，中心峰值处损耗小。
对于自锁模的飞秒激光介质，具有一个非常重要的性质，即 光克尔 Optical Kerr 效应，能在空间上改变光脉冲的时间分 布性质，使快饱和吸收的锁模得到进一步增强。
每次强脉冲漂白可饱和吸收材料就相当于Q开关开关一次，每 过 2 L / c的时间漂白一次，类似于Q开关频率f s c / 2 L。
4
29.1 被动锁模
由于增益与 损耗的饱和 效应，由可 饱和增益介 质和可饱和 吸收材料共 同产生的脉 冲压窄过程
5
29.1 被动锁模
光脉冲经过可饱和吸收体时前沿被削减，经过增益介质时候 前沿被放大，后沿被衰减，直到与群速度色散导致的脉冲展 宽效应相平衡。
出现 干涉”， “ 其干涉光强在可饱和吸收体内形成空间周期性
表现为光强大对应 漂白”，光强小对应 “ 的粒子数密度分布， “未漂白”， “黑白 相间的空间光栅， 在光栅的形成过程中 即 ”
两个脉冲的前沿被吸收。
B
d
9
29.2碰撞锁模（CPM）激光器
设入射光波长为0 ，在饱和吸收体中形成驻波，波腹处光场将 饱和吸收体漂白，波节处不漂白饱和吸收体，形成“吸收”光 栅，光栅常数 s 0 / 2n
为此人们发明了许多主动和被动的启动与维持自锁模运转的方法： 利用饱和吸收体也可以启动自锁模激光器。
在激光腔内插入一个饱和吸收体（如HITCI），改变染料 浓度直至最终形成的锁模脉冲。 饱和吸收体的作用只是引入最弱的调制来启动自锁模。
24
29.3 飞秒激光技术
利用声光调制再生启动的方案： 即在原自锁模激光器内加入一个声光调制器，使其频率与 谐振腔周期的倒数匹配， 激光器输出为几十ps到几百ps量级的脉冲，脉冲重复频率 由调制器的驱动频率决定，这时激光器处于主动锁模状态。
稳定锁模脉冲的形成： 腔内初始锁模脉冲形成以后，因为它的峰值功率较大，所以在 增益介质中由非线性克尔效应，脉冲产生自相位调制（SPM） 严重地改变了脉冲的相位。 当光脉冲通过掺钛蓝宝石棒时，又引起了很大的二阶正群速度 色散（GVD）和三阶色散。
在这一阶段中，增益介质的自振幅调制和增益放大仍起主要作 用，只是由于脉冲功率增大，不可避免地要产生自相位调制和 很大的正群速度色散，不利于进一步压缩脉宽，
两个反射镜的曲率和间距，克尔介质与反射镜的相当位臵光阑 处的光斑尺寸以及折叠腔镜的象散补偿和腔型的稳定性对锁模 效果的影响等等。
另外，消除寄生反射和避免自聚焦对介质的光损伤也很重要。
20
29.3 飞秒激光技术
四、自锁模激光器
自锁模激光器属于被动锁模。
从时域角度看，任何带有被动性质的锁模激光器，腔内都存在 某种元件， 它们首先从噪声中选取强度较大的脉冲作为脉冲序列的种子，
该激光器可以产生脉宽60 fs的激光输出，脉冲重复率为80 MHz，中心波长为620nm， 平均功率20mW 。
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29.3 飞秒激光技术
一、飞秒激光技术的发展
材料科学的进步推动了超短脉冲激光技术的发展。
以掺钛蓝宝石（Ti：Al2 O3）为代表的自锁模飞秒激光器，由 于具有极宽的增益带宽（几乎是钕玻璃的10倍），意味着它 特别适应于作为飞秒激光介质，全固化掺钛兰宝石自锁模激 光器能直接产生10 fs量级的光脉冲。
收材料，除了传统的染料 之外，近年来还有Cr：YAG 晶体和半导体可饱和吸收 镜（SESAM）等。
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碰撞锁模（Colliding Pulse Mode locking CPM ）技术在上世纪80
29.2碰撞锁模（CPM）激光器
年代出现，首先将激光超短脉冲由皮秒 ps 压缩到飞秒 fs 量级。
，式中， m 为光斑大小； 为一常量，一般
29.3 飞秒激光技术
1个光脉冲中不同的时间区域内，对应着不同的自聚焦的焦距。 即：光强的大小对应焦距的短长。光脉冲峰值处的光强所形 再利用通常的谐振腔模式分析方法，不难 成的自聚焦距最短。 得出光脉冲前后沿与峰值处，各自相对应的高斯光束参数。 一般来讲，高强度区对应短焦距，其光斑半径较小，低强度区 对应长焦距，其光斑半径较大。 利用光阑或介质本身的自孔径
CPM常采用如图所示的共振环型腔结构。其锁模过程概述如下：
1 、由激光增益介质产生的光脉冲在分束镜R1 处被分为两个
强度相等的光脉冲，在环型腔内相向传播、可饱和吸收 体位于环型腔中部，保证两个光脉冲在可饱和吸收体中 相碰撞。
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29.2碰撞锁模（CPM）激光器
2 、由于两个光脉冲的相干性和波ຫໍສະໝຸດ Baidu量级的光程差，碰撞时将
因而要用合适的负色散去补偿，才可以得到最窄的脉冲宽度。
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29.3 飞秒激光技术
大量的实验及分析计算表明，自锁模必须采用附加措施来启动 （最初工作在连续状态）。
最简单的方法是轻敲平台或某一腔镜以产生一个强度扰动以启 动自锁模。
启动后的激光器在锁模稳定运转时受周围环境扰动的影响，一 旦失锁必须重新启动，
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29.1 被动锁模
被动锁模器件激光器的典型腔型结构如图所示。 为得到锁模效果好，稳定性高的激光超短脉冲，器件设计应 注意以下几点： 为消除 子腔”效应，可饱和吸收体与全反射镜最好合而为一。 “ 饱和吸收谱线与激光增益谱线相匹配，且不小于增益线宽。
饱和吸收体具有适当的饱和光强和静态透过率，以及高的抗光 损伤阈值，其上能级寿命要远小于2 L / c。 用于被动锁模的可饱和吸
该光栅对入射光场产生Bragg衍射，可以求出 B 为：
0 sin B 1 B 2n s 2
则衍射光对入射光的夹角为 2 B ，即该光栅对入射光 起后向散射作用。
10
29.2碰撞锁模（CPM）激光器
3 、两个光脉冲相干叠加所形成的空间光栅，在可饱和吸收体
选模作用，将脉冲前、后沿对 应的低强度光强空间“滤波”。
相当于对光脉 冲在时域上的 进行压缩
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29.3 飞秒激光技术
自聚焦效应和光阑的结合相当于一个快弛豫饱和吸收体，
0 I t ， 即峰值处的损耗最少，净增益最大，经过多
次振荡后，脉冲宽度不断被压缩，对于掺钛兰宝石自锁模激光 器，在光克尔效应的作用下，可获得飞秒量级的超短脉冲。 当外界泵浦的光功率和光斑尺寸确定后，对于光克尔透镜自锁 模激光器所谐振腔设计，必须考虑以下因素 :
光kerr效应：n n0 n n0 n2 I t
2
29.3 飞秒激光技术
n ＞0 ，从时域上分析光强导致折射率的变化，
对光脉冲的前、后沿和中心部分，将在介质中对应不同的折射 率变化。对于玻璃和晶体等材料，其响应时间为飞秒量级，因
此可以认为n t 能 实时”地跟随I t 的变化。 “
然后利用其锁模器件的非线性效应使脉冲的前后沿的增益小 于损耗，而使脉冲中间的增益大于损耗，
脉冲在腔内往返过程中，不断被整形放大，脉冲宽度被压缩， 直到稳定锁模。
因此，自锁模脉冲形成可以分为以下两个阶段：
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29.3 飞秒激光技术
初始脉冲的形成：
理论分析和大量的实验证明，连续运转的掺钛蓝宝石激光器中 的噪声脉冲由于达不到锁模的启动阈值，故该种激光器的自锁 模不能自启动。
从空间上看，一个高斯型分布的光束，在横截面上的光强分布 是中间大、两边小，导致折射率梯度分布，从而形成一个等效 的会聚透镜，即克尔自聚焦效应。
其焦距f m
2 m
为5.6 ~ 5.7；nm n2 I t 为轴线上折射率变化，I m 为入射到 介质上光束的近轴光强。
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4nm L
上世纪90年代初，首次在掺钛蓝宝石激光器上获得飞秒量级的 超短脉冲， 这类自锁模激光器结构简单，激活介质本身就是锁
模元件，锁模谱线宽度也就是增益线宽， 并且输出稳定性好，
可获得最短的锁模脉冲，是目前产生飞秒超短脉冲的主要器件。
最简单的自锁模掺钛兰宝石激光器的结构装臵如图所示。
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29.3 飞秒激光技术
在He Ne激光器、红宝石、钕玻璃，Nd : YAG 激光器以及半导
和纵模 跳变”等无规则随机因素，能维持各纵模的等间隔分布， “
但输出极不稳定，锁 体和CO2 激光器上，都观察到自锁模现象， 模脉冲不能得到持续，无实用价值，有时还要作为影响激光器稳 定运转的负面因素设法予以消除。
15
29.3 飞秒激光技术
的驰豫时间大于光脉冲宽度的条件下， 对脉冲后沿也有相当大
的调制，造成的相移拓宽了频谱，而散射使脉冲后沿受削，
从整体上压缩了脉冲宽度。
CPM 锁模激光器属于慢弛豫锁模激光器，激光介质和可饱和 吸收材料的弛豫时间在ns量级。 CPM 技术使得被动锁模的非线性过程加强、加快，可获得更窄
的锁模脉冲。 例如，对于Nd：YAG 激光器，采用CPM 技术后，
质的增益色散效应，各个尖峰的频谱宽度将压缩几十倍。 在一
个振荡周期中（2 L / c）充满了若干个强度随机分布的尖峰脉冲。
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29.1 被动锁模
初始激光脉冲光强的起伏很大，在吸收体染 线性放大阶段： 料中，对强脉冲吸收得少而对弱脉冲吸收得多，在激光介质 中，产生线性放大，其结果就发生自然选模作用。
非线性吸收阶段：此阶段内激光介质的增益虽然是线性的， 但激光辐射场的最强脉冲使饱和吸收体呈现非线性吸收，大 量的弱脉冲受到染料的吸收而被抑制掉， 使发射脉冲变窄， 谱线增宽。
因此，必须首先在腔内引入一个瞬间扰动，造成高损耗，当腔 镜复位时，腔中的光强产生强烈涨落。 当它们通过增益介质时，由于增益介质的自聚焦效应，它与腔 内光阑的结合等效于可饱和吸收体， 经过自振幅调制（SAM）和增益介质的线性放大，对脉冲进行 选择、放大、初步压缩，形成初始脉冲。
22
29.3 飞秒激光技术
可以得到10 PS的锁模脉宽，较主动锁模脉宽窄了1个数量级基本 达到增益线宽的倒数。CPM技术主要适用于驰豫时间大于光脉
冲宽度，慢饱和吸收体的被动锁模。
11
29.2碰撞锁模（CPM）激光器
下图是CPM 染料激光器示意图，谐振腔为环形腔，以若丹明6G为激光增益介质， DODCI为可饱和吸收体。激光器泵浦源为波长515nm，功率为5W 的Ar 激光器。
目前，几乎所有的飞秒脉冲都是通过光克尔效应进行被动锁模的。
三、光克尔透镜效应
通常的克尔效应也称为二次电光效应，即介质折射率的变化n 与外电场的平方成正比，在光频范畴内，与光强I t 成正比的 介质折射率变化。 克尔效应属于三阶非线性光学效应。
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n t n2 I t
激光原理与技术
第二十九讲 被动锁模及飞秒激光技术
29.1 被动锁模
将可饱和吸收体放在激光谐振腔内，当其上能级寿命小于光脉 冲在腔内往返一次的时间2 L / c时， 1 2 L 109 s a q c 则可得到一系列锁模脉冲。
时域分析
光泵开始后，激活粒子由基态激发到高能态，产生自发辐射。 当腔中增益等于损耗时，则形成激光振荡。 由于大量纵模的相互干涉，使谐振腔中激光输出幅度出现了强 的波动。 随着振荡次数的增加，这些辐射场的强度逐渐增强， 并获得了周期结构，但仍保持它的噪声特性。 由于激光工作物
另外，掺铬氟化铝锶铌（Cr : LiSAF）和掺铬镁橄榄石 （Cr : Forsterite）也可以作全固化、高效率产生飞秒激光 的材料
13
29.3 飞秒激光技术
钛宝石飞秒激光系统
14
29.3 飞秒激光技术 二、自锁模 Self — Mode — Locking
当激活介质本身的非线性极化效应，能够补偿色散、频率牵引 并且有确定的相位关系，实现满足锁模条件的超短脉序列输出， 则该激光器称为自锁模激光器。
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29.1 被动锁模
非线性放大阶段： 选择出的强脉冲不但能使染料吸收饱和， 当强脉冲经过激活介 而且使激光工作物质的增益达到饱和， 质时，前沿及中心部位放大得多，致使脉冲后沿放大得少， 甚至得不到放大，其结果使前后沿变陡，脉冲变窄，小脉冲
几乎被完全抑制，最后输出一个高强度窄脉宽的脉冲序列。
频域分析
从较为广泛的意义上讲，自锁模也属于被动锁模，并且通常是 快饱和吸收方式，即透过率能完全瞬时的随光强而变，因此， 脉冲前、后沿损耗大，中心峰值处损耗小。
对于自锁模的飞秒激光介质，具有一个非常重要的性质，即 光克尔 Optical Kerr 效应，能在空间上改变光脉冲的时间分 布性质，使快饱和吸收的锁模得到进一步增强。
每次强脉冲漂白可饱和吸收材料就相当于Q开关开关一次，每 过 2 L / c的时间漂白一次，类似于Q开关频率f s c / 2 L。
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29.1 被动锁模
由于增益与 损耗的饱和 效应，由可 饱和增益介 质和可饱和 吸收材料共 同产生的脉 冲压窄过程
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29.1 被动锁模
光脉冲经过可饱和吸收体时前沿被削减，经过增益介质时候 前沿被放大，后沿被衰减，直到与群速度色散导致的脉冲展 宽效应相平衡。
出现 干涉”， “ 其干涉光强在可饱和吸收体内形成空间周期性
表现为光强大对应 漂白”，光强小对应 “ 的粒子数密度分布， “未漂白”， “黑白 相间的空间光栅， 在光栅的形成过程中 即 ”
两个脉冲的前沿被吸收。
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29.2碰撞锁模（CPM）激光器
设入射光波长为0 ，在饱和吸收体中形成驻波，波腹处光场将 饱和吸收体漂白，波节处不漂白饱和吸收体，形成“吸收”光 栅，光栅常数 s 0 / 2n
为此人们发明了许多主动和被动的启动与维持自锁模运转的方法： 利用饱和吸收体也可以启动自锁模激光器。
在激光腔内插入一个饱和吸收体（如HITCI），改变染料 浓度直至最终形成的锁模脉冲。 饱和吸收体的作用只是引入最弱的调制来启动自锁模。
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29.3 飞秒激光技术
利用声光调制再生启动的方案： 即在原自锁模激光器内加入一个声光调制器，使其频率与 谐振腔周期的倒数匹配， 激光器输出为几十ps到几百ps量级的脉冲，脉冲重复频率 由调制器的驱动频率决定，这时激光器处于主动锁模状态。
稳定锁模脉冲的形成： 腔内初始锁模脉冲形成以后，因为它的峰值功率较大，所以在 增益介质中由非线性克尔效应，脉冲产生自相位调制（SPM） 严重地改变了脉冲的相位。 当光脉冲通过掺钛蓝宝石棒时，又引起了很大的二阶正群速度 色散（GVD）和三阶色散。
在这一阶段中，增益介质的自振幅调制和增益放大仍起主要作 用，只是由于脉冲功率增大，不可避免地要产生自相位调制和 很大的正群速度色散，不利于进一步压缩脉宽，
两个反射镜的曲率和间距，克尔介质与反射镜的相当位臵光阑 处的光斑尺寸以及折叠腔镜的象散补偿和腔型的稳定性对锁模 效果的影响等等。
另外，消除寄生反射和避免自聚焦对介质的光损伤也很重要。
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29.3 飞秒激光技术
四、自锁模激光器
自锁模激光器属于被动锁模。
从时域角度看，任何带有被动性质的锁模激光器，腔内都存在 某种元件， 它们首先从噪声中选取强度较大的脉冲作为脉冲序列的种子，