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飞秒激光器是太赫兹时域光谱系统的最关键组成部分。通常,太赫兹时域光谱系统中使用两路源自同一种子源的飞秒激光束(光学异步采样技术方案除外),分别用作产生和探测太赫兹波的泵浦光和探测光。 
飞秒激光器的性能直接影响整个太赫兹时域光谱系统的性能,具体来说: 
(1)飞秒脉冲的峰值功率和脉冲宽度影响太赫兹时域光谱仪系统的动态范围和有效光谱宽度; 
(2)飞秒激光的输出功率稳定性影响太赫兹时域光谱系统的信号稳定性; 
(3)飞秒激光器的环境适应性(振动稳定性、工作温度范围、可靠性)直接决定了整个太赫兹时域光谱系统的环境适应性。 
鉴于飞秒激光器的重要性,飞秒激光器成本的也占据了整个太赫兹时域光谱系统硬成本的1/2甚至更高。 
    为太赫兹时域光谱系统选飞秒择飞秒激光器,应当主要考虑一下几个因素:
(1)飞秒脉冲宽度:为了获得较宽的太赫兹光谱宽度,飞秒脉冲的宽度应当尽可能窄。对于全光纤结构的飞秒激光器,国际上主流厂家的飞秒脉宽出厂指标为100 fs,在系统其它组件性能达到最优的条件下,该指标能确保有效太赫兹光谱宽度达到4.5 THz以上。我们的飞秒激光器出厂脉冲指标可以达到85 fs,可确保太赫兹光谱范围达到6 THz。尽管有其它厂商的脉冲宽度指标可以达到优于50fs,但其价格极其昂贵、并且对工作环境条件要求苛刻。
(2)中心波长:这主要取决于系统中使用的太赫兹光电导天线类型。对于铟镓砷材料制作的光电导天线,工作波长为1560nm;对于砷化镓材料制作的光电导天线,工作波长要求800nm附近。我们的光纤飞秒激光器输出波长为1560nm,为了满足砷化镓材料光电导天线的工作波长要求,我们另提供配套的光纤尾纤式倍频模块,输出780nm倍频光。
(3)平均输出功率:这也主要取决于系统中使用的太赫兹光电导天线和太赫兹探测方案。对于MenloSystem公司出产的光纤耦合式光电导天线,最佳工作光功率要求为30mW@1560nm,我们对该天线提供专门配套的激光器规格。其它厂输出商不同规格的天线要求的光功率均不相同,应根据实际天线要求进行选择。另外,系统中使用的光延迟线等装置存在较大的光插入损耗,在选择输出功率指标时应充分予以考虑。特别提示:某些用户可能使用的激光器输出功率比较高,为了满足天线的功率要求,光路中插入了衰减器,但这样可能会严重影响飞秒激光达到太赫兹天线位置的脉冲宽度,导致信号幅度和光谱宽度指标的降低。
(4)飞秒激光锁模启动过程中瞬态功率:某些厂家的飞秒激光器,在锁模启动过程中,存在瞬时的尖峰能量脉冲,大大超过了光电导天线能够承受的功率额度,会导致天线性能的劣化加速甚至烧损。我们在以往的调试过程中,曾因为该原因导致数个昂贵的太赫兹天线烧损!
(5)色散预补偿长度:飞秒激光的脉宽在光纤中传播时,受强色散作用影响,脉冲宽度会随光纤长度而展宽。通常厂家提供的脉冲宽度指标对光纤尾纤长度有固定要求(即色散预补偿长度)。如果用户搭建太赫兹时域光谱系统中使用的光纤链路与色散预补偿长度不一致,会导致飞秒激光达到太赫兹天线的脉宽展宽,进而导致太赫兹谱宽变窄、信号幅度降低。
(6)工作温度范围:某些国际知名飞秒激光器厂商的工作温度范围仅为25+/-10℃,客户实际使用发现甚至在30°的环境条件下都不能正常启动工作,这显然严重限制了太赫兹时域光谱系统的环境适应性。我们的目标是致力于将太赫兹时域光谱系统带出实验室,走向真正的工业应用,因此投入了大量的精力提高飞秒激光器的工作温度范围。目前,我们提供的飞秒激光器工作温度范围达到0-40℃,该指标由于国内同行。
(7)成本和体积因素:







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Femtosecond Laser for THz-TDS application
用于太赫兹时域光谱系统的飞秒激光器