鎖模激光器的原理

　　在一個簡單的激光器中，每一個模式都獨立地振蕩，彼此之間沒有固定的關系，本質上就像一組獨立的激光器，它們都以略微不同的頻率發光。每種模式中光波的各個相位都不是固定的，可能會因激光器材料的熱變化等因素而隨機變化。在只有少數振蕩模式的激光器中，模式之間的干擾會導致激光輸出中的拍頻效應，導致強度波動；在具有數千個模式的激光器中，這些干擾效應趨于平均到接近恒定的輸出強度。
 

　　每個光脈沖的持續時間由同相振蕩的模式數決定。如果有N個頻率間隔Δν的模式被鎖定，則整體鎖模帶寬為NΔν，且該帶寬越寬，激光器的脈沖寬度越短。實際上，實際脈沖寬度由每個脈沖的形狀決定，而每個脈沖的形狀又由每個縱模的精確振幅和相位關系決定。例如，對于產生高斯時間形狀脈沖的激光，最小可能脈沖寬度Δt由下式給出：
 

　　值0.441被稱為脈沖的時間帶寬積，并根據脈沖形狀而變化。對于超短脈沖激光器，通常假設雙曲正割平方(sech2)脈沖形狀，給出0.315的時間帶寬積。
 

　　利用該方程，可以計算出與測量的激光光譜寬度一致的最小脈沖寬度。對于光譜寬度為1.5 GHz的氦氖激光器，與此光譜寬度一致的最短高斯脈沖約為300皮秒；對于128太赫茲帶寬的鈦寶石激光器，這個光譜寬度只有3.4飛秒。這些值代表與激光器線寬一致的最短高斯脈沖；在實際的鎖模激光器中，實際的脈沖寬度取決于許多其他因素，例如實際的脈沖形狀和腔的整體色散。
 

　　原則上，后續調制可以進一步縮短這種激光器的脈沖寬度；然而，測得的光譜寬度將相應增加。