光纖激光器使用稀土摻雜光纖作為激活介質(zhì)，用激光二極管作泵浦源，本身固有一些關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，使它們?cè)谕ㄟ^鎖模產(chǎn)生超短脈沖方面頗具吸引力。摻雜光纖的高增益帶寬和效率，允許制造相對(duì)便宜、緊湊、堅(jiān)固的光纖激光器系統(tǒng)，這些系統(tǒng)提供適合廣泛應(yīng)用的光纖耦合輸出光束。
飛秒架構(gòu)
光纖提供較高的表面積-體積比，從而可實(shí)現(xiàn)有效的冷卻，并且可以根據(jù)特定性能參數(shù)進(jìn)行定制。光纖激光器最初僅限于連續(xù)波（CW）、低功率、單模運(yùn)行；經(jīng)過了三十多年的發(fā)展，現(xiàn)在光纖激光器已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)單模和多模運(yùn)行，波長范圍覆蓋紫外（UV）到遠(yuǎn)紅外（far-IR）波段，并且能提供非常高的功率水平、可變的重復(fù)頻率，以及（也許的最顯著的）毫秒到飛秒級(jí)的脈寬。
不同于傳統(tǒng)的自由空間激光器，光纖激光器采用光纖和光纖布拉格光柵（FBG），后者取代了常規(guī)的介質(zhì)反射鏡，用于光學(xué)反饋。大多數(shù)高功率光纖激光器采用雙包層光纖架構(gòu)，其中增益介質(zhì)在光纖的纖芯，由兩層包層包圍。來自激光二極管或另一個(gè)光纖激光器的多模泵浦光束，在內(nèi)包層中傳播并受到外包層的約束，激發(fā)激活介質(zhì)，并產(chǎn)生在光纖纖芯中傳播的激射模式。
為了產(chǎn)生超快激光脈沖，需要采用主動(dòng)或被動(dòng)鎖模技術(shù)。今天用于被動(dòng)鎖模的一些技術(shù)，包括非線性偏振旋轉(zhuǎn)和飽和吸收技術(shù)，而電光或聲光調(diào)制器用于主動(dòng)鎖模。
在半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（SESAM）中，半導(dǎo)體量子阱生長在半導(dǎo)體分布式布拉格反射器上，SESAM已成功地用于制造工作在1.0μm和1.5μm波長處的飛秒光纖激光器。通過采用石墨烯可飽和吸收體的摻鉺（Er）光纖激光器，已經(jīng)展示了自啟動(dòng)鎖模和穩(wěn)定的孤子脈沖產(chǎn)生。這些只是商業(yè)激光器制造商正在采用的幾種飛秒光纖激光器架構(gòu)，以滿足各種科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用。
非線性鎖模
對(duì)于可重復(fù)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，德國Menlo Systems公司的“figure 9”技術(shù)采用行之有效的非線性光學(xué)環(huán)鏡（NOLM）鎖模機(jī)制。振蕩器和放大器均只使用保偏光纖組件，實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性和低噪聲，運(yùn)行免維護(hù)。
Menlo的摻鉺光纖激光器在中心波長1560nm和780nm處具有寬帶增益，提供標(biāo)準(zhǔn)和高功率型號(hào)，在50~250MHz的重復(fù)頻率范圍內(nèi)，具有
BlueCut包含一個(gè)振蕩器、一個(gè)配備脈沖拾取單元的放大器，以及用于高能量短脈沖的壓縮器，是Menlo的工業(yè)級(jí)微焦耳光纖激光器系統(tǒng)。基于全光纖集成技術(shù)，該系統(tǒng)堅(jiān)固、穩(wěn)定，可用于微加工應(yīng)用（見圖1）。
圖1：采用Menlo Systems公司的BlueCut微焦飛秒光纖激光器，切割的骨骼樣品的剖面圖（a），在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）內(nèi)制備的人工晶狀體（b），以及微波應(yīng)用的金螺旋（c）。
光纖CPA
基于其光纖啁啾脈沖放大（FCPA）技術(shù)，美國IMRA America公司的FCPA μJewel系列，由具有足夠脈沖能量的摻鐿光纖激光器組成，甚至在1045nm波長處（見圖2）。FCPA架構(gòu)允許用戶在兩種模式下進(jìn)行選擇：100kHz或200kHz的重復(fù)頻率、高達(dá)50μJ的高能量模式；以及1MHz下10W和20W的高平均功率模式。該選擇允許用戶根據(jù)應(yīng)用需求，以更快的速率進(jìn)行材料加工。
圖2：IMRA光纖啁啾脈沖放大（FCPA）技術(shù)的基本架構(gòu)，在FCPA μJewel DE1050上部署，能夠提供高達(dá)50μJ的脈沖能量。
IMRA的拉曼頻移技術(shù)，讓摻鉺拉曼頻移飛秒光纖激光器在810nm波長處，產(chǎn)生了干凈的脈沖形狀和光譜，從而使Femtolite光纖激光器能夠替代鈦藍(lán)寶石（Ti：sapphire）激光器——這類激光器一直是臨床和工業(yè)飛秒應(yīng)用中的主力軍。在810nm和1620nm波長處，F(xiàn)emtolite的功率范圍覆蓋150~200mW，這在太赫茲波產(chǎn)生和探測(cè)、多光子熒光顯微鏡，以及二次諧波成像中非常有用。
此外，飛秒脈沖可通過光纖傳送到最終用戶設(shè)備中。Femtolite FD系列提供光纖耦合輸出，重復(fù)頻率50MHz，平均輸出功率高達(dá)1W。這種水平的脈沖能量，對(duì)于需要將飛秒脈沖光源靈活地集成到設(shè)備中的許多非線性成像或計(jì)量應(yīng)用而言，已經(jīng)足夠用了。
同樣地，光纖激光器啁啾脈沖放大器（FLCPA），也是美國Calmar Laser公司Cazadero高能量（高達(dá)30μJ）超快激光器的基礎(chǔ)，該激光器在1μm或1.5μm波長處產(chǎn)生超快脈沖（<0.5ps），重復(fù)頻率數(shù)百千赫茲。這些超快激光器產(chǎn)品可以輸出綠光（515nm）和紫外光（343nm），并能與該公司的Bodega OPA耦合，進(jìn)而能在整個(gè)近紅外（near-IR）區(qū)域提供較寬的波長范圍。
