皮秒激光器与飞秒激光器之间有何特点差异？
发布日期：2022-07-25
皮秒激光器是一种脉冲宽度为皮秒的激光器，具有皮秒超短脉冲宽度、重复频率可调、脉冲能量高等特点。它已广泛应用于生物医学、光学参量振荡、生物显微成像等领域，并逐渐成为现代生物成像和分析系统中越来越重要的工具。
自20世纪60年代中后期激光锁模技术发明以来，人们可以从激光器中获得皮秒(10-12s)和飞秒(10-15s)脉冲输出。从此，激光脉冲进入了超短脉冲时代。他们之间有很多相似之处，但也有很多不同之处。
对增益介质的要求不同：根据傅里叶变换，中心波长为1064 nm的1 ps激光脉冲的光谱宽度仅为1.5 nm。几十皮秒的激光的光谱宽度非常窄，以至于无法用分辨率相对较低的光谱仪准确测量光谱宽度。对于飞秒激光来说，以100 fs的1030 nm激光为例，其光谱宽度达到15 nm左右，这是很多增益介质所不能及的，能支持30 fs以下脉冲宽度的激光介质更是少之又少。
皮秒激光器和飞秒激光都可以通过激光锁模获得：对于飞秒脉冲，锁模几乎是仅有的实现方式，但对于皮秒脉冲，尤其是10 ps脉冲，可以通过增益开关技术直接从半导体激光器获得，所以皮秒激光器的成本可以相对更低。由于飞秒脉冲太短，即使脉冲能量只有微焦量级，脉冲的峰值功率也能达到几十兆瓦(MW)。因此，在传输过程中存在非常大的非线性效应，这种非线性效应要么损坏光学元件，要么影响脉冲本身的特性。因此，飞秒激光获得高平均功率和高脉冲能量的难度更大。高平均功率、高脉冲能量的飞秒激光脉冲需要啁啾脉冲放大技术，但该技术结构复杂、稳定性差、成本高。
在基于脉冲飞行时间的泵浦探测和距离测量中，飞秒脉冲具有比皮秒激光器脉冲更高的分辨率。飞秒激光脉冲通过光子晶体光纤产生超连续谱时，具有更宽的光谱宽度和更高的光谱相干性。通过准确的脉冲包络和载波包络相位控制技术，可以获得高精度的激光频率梳，在精密光学测量、精密光谱测量和精密距离测量中显示出以前没有的影响力。
总之，随着激光技术的发展，特别是光纤和半导体激光技术的发展，高可靠性、低成本的超短脉冲激光器越来越广泛地应用于各行各业。
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