光脈沖就是光源按著一定時(shí)間間隔時(shí)斷時(shí)續(xù)的發(fā)光，通常具有非常短的脈沖持續(xù)時(shí)間。通常由激光產(chǎn)生，但有時(shí)也由其它類型的光源(例如閃光燈)產(chǎn)生。在許多情況下，不會(huì)產(chǎn)生單個(gè)脈沖，而是產(chǎn)生規(guī)則的脈沖序列，稱為脈沖串，可能持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，可能幾天或幾周。通常，具有恒定參數(shù)的規(guī)則間隔的脈沖，即周期性脈沖串。

　　一、脈沖串參數(shù)

　　光脈沖序列通常具有以下參數(shù)：

　　● 以赫茲為單位的脈沖重復(fù)率表明一秒內(nèi)發(fā)生了多少個(gè)脈沖。在某些情況下，會(huì)出現(xiàn)許多千兆赫甚至超過(guò)一太赫茲的極高脈沖重復(fù)率。脈沖間隔是脈沖重復(fù)率的倒數(shù)。

　　● 占空比是脈沖持續(xù)時(shí)間與脈沖間隔的比率，換句話說(shuō)，就是光存在的時(shí)間比例。例如，具有 10 ns 脈沖持續(xù)時(shí)間和 1 kHz 重復(fù)率的 Q 開(kāi)關(guān)激光器的占空比為 10 ns / 1 ms = 10^-5。鎖模飛秒激光器表現(xiàn)出相當(dāng)短的脈沖間隔，例如10 ns，但由于脈沖持續(xù)時(shí)間非常短，它們?nèi)匀豢梢跃哂信c調(diào)Q激光器相似的占空比。小占空比意味著峰值功率遠(yuǎn)高于平均功率。

　　● 可以使用各種參數(shù)來(lái)表征每個(gè)單個(gè)脈沖，特別是脈沖能量、脈沖持續(xù)時(shí)間、光脈沖帶寬和線性調(diào)頻脈沖。在許多情況下，脈沖序列內(nèi)的脈沖參數(shù)相當(dāng)恒定，盡管在某些情況下觀察到顯著的波動(dòng)。

　　● 適用于不同類型噪聲的附加規(guī)范。特別是定時(shí)抖動(dòng)對(duì)于某些鎖模激光器來(lái)說(shuō)可能非常低。其他方面包括脈沖間相干性和載波包絡(luò)偏移頻率噪聲。此外，脈沖本身還存在各種噪聲。由于序列中脈沖的離散性質(zhì)，例如脈沖能量的噪聲規(guī)格在技術(shù)上與連續(xù)波激光器的強(qiáng)度噪聲的噪聲規(guī)格有些不同。

　　二、激光器產(chǎn)生脈沖序列

　　產(chǎn)生脈沖串的最常見(jiàn)激光源類型是重復(fù)調(diào)Q激光器和鎖模激光器。

　　使用調(diào)Q激光器，也可以以不規(guī)則的時(shí)間間隔產(chǎn)生脈沖，但規(guī)則的脈沖是最常見(jiàn)的。脈沖重復(fù)率通常在 10 Hz 到 100 kHz 之間，盡管更極端的值也是可能的。即使主動(dòng) Q 開(kāi)關(guān)激光器的觸發(fā)源表現(xiàn)出非常精確的定時(shí)，由于激光增益的波動(dòng)(例如，用作泵浦源的閃光燈的脈沖能量波動(dòng)，激光脈沖也會(huì)表現(xiàn)出稍微可變的時(shí)間延遲)。這可能會(huì)導(dǎo)致一定程度的定時(shí)抖動(dòng)。

　　鎖模激光器自然會(huì)產(chǎn)生具有非常高的脈沖重復(fù)率(通常在 50 MHz 到幾千兆赫茲之間)的脈沖序列，這通常是激光諧振腔的往返時(shí)間的倒數(shù)：每次當(dāng)(單個(gè))循環(huán)腔內(nèi)脈沖撞擊輸出耦合鏡。至少在短時(shí)間跨度內(nèi)，諧振器長(zhǎng)度非常精確地恒定，并且可能僅存在由通過(guò)增益介質(zhì)的量子噪聲影響和主要通過(guò)輸出耦合器進(jìn)入激光器的真空噪聲引入的非常低水平的定時(shí)噪聲。因此，脈沖間定時(shí)抖動(dòng)可以非常小(在阿秒時(shí)間尺度上)，對(duì)應(yīng)于高噪聲頻率下定時(shí)噪聲的非常低的功率譜密度。然而，由于各種類型的噪聲影響，對(duì)應(yīng)于較長(zhǎng)時(shí)間間隔的低頻噪聲通常要強(qiáng)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　三、脈沖重復(fù)率倍增和除法

　　即使在生成脈沖序列之后，也可以在兩個(gè)方向上修改重復(fù)率：

　　有一些重復(fù)率倍增的方法。例如，可以使用分束器來(lái)獲得兩個(gè)脈沖串，并使用第二分束器來(lái)交錯(cuò)這些脈沖串，以獲得具有兩倍于原始脈沖重復(fù)率的一個(gè)脈沖串。(最終的設(shè)備可能看起來(lái)像馬赫-曾德干涉儀，盡管沒(méi)有利用干涉效應(yīng)。)可以重復(fù)該方法以獲得更高的倍增因子。另一種可能性是具有更高重復(fù)率的模觀激光器的注入鎖定。

將脈沖重復(fù)率降低一個(gè)因子N，可以使用脈沖選擇器，該脈沖選擇器僅傳輸每個(gè)脈沖。當(dāng)以降低的脈沖重復(fù)率放大超短脈沖以獲得更高的脈沖能量和峰值功率時(shí)，通常會(huì)使用這種方法。

　　四、脈沖爆發(fā)(Pulse Bursts)

　　在某些情況下，涉及脈沖突發(fā)，其是持續(xù)時(shí)間相當(dāng)有限的脈沖串，例如僅對(duì)應(yīng)于幾個(gè)脈沖或幾百個(gè)脈沖。突發(fā)模式激光源可以以規(guī)則的方式發(fā)射這種突發(fā)，其中突發(fā)的重復(fù)率通常比突發(fā)內(nèi)的重復(fù)率低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　而在另外一些情況下，一個(gè)突發(fā)內(nèi)的脈沖間隔不是恒定的，或者突發(fā)中具有可變的脈沖能量。作為一種無(wú)意的影響，有時(shí)會(huì)由于增益飽和而在突發(fā)期間獲得脈沖能量下降，盡管這在某種程度上可以通過(guò)某些手段進(jìn)行補(bǔ)償。

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