脈衝選擇器/Pulse Picker簡介
脈衝選擇器/Pulse Picker是一種電控光學開關，用於從快速脈衝序列中提取單個/所需的多個脈衝。
在大多數情況下，短脈衝和超短脈衝是由鎖模激光器以脈衝序列的形式產生，其脈衝序列的重複率在10MHz到幾GHz之間。
由於各種原因，通常需要從這樣的脈衝序列中選取某種脈衝。例如，只發送我們想要的脈衝而將其他所有脈衝剔除掉。這種需求便可以通過脈衝選擇器/Pulse Picker來完成，而脈衝選擇器/Pulse Picker本質就是一個電控光閘。
脈衝選擇器/Pulse Picker類型
在大多數情況下，脈衝選擇器/Pulse Picker（電控關閘）可以是電光調製器也可以是聲光調製器，外加相應的驅動器。
EOM：對於電光設備，脈衝選擇器/Pulse Picker由普克爾斯盒（EOM,Pockels）和一些偏振光學器件組成；普克爾斯盒控制光束偏振態，偏振器件根據光束的偏振態決定此刻光束是通過還是阻擋。
AOM：聲光脈衝選擇器/Pulse Picker的原理是向聲光調製器施加一個短的RF脈衝，以將所需的脈衝偏轉到指定的方向。使得偏轉的脈衝可以通過一個孔，而其他的則被阻擋掉。
在任何情況下，調製器的所需速度都取決於脈衝序列中脈衝的距離（例如，取決於脈衝源的脈衝重複率），而並非脈衝持續的時間。
EOM是一種快速、通用的解決方案，但是EOM需要高壓驅動，由於高壓切換速度的侷限性，因此通常不能應用於高重複率的需求。而這種情況，儘管AOM速度較慢，但是在MHz以上的重複率，表現出較好的性能。
不過一些橫向電光調製器（美國Conoptics 25D）通過改變電壓在晶體上的施加方式，可以使得電光調製器用於25-30Mhz 的脈衝選擇。
脈衝選擇器/Pulse Picker應用
▶ 光脈衝能量放大
為了在超短脈衝中獲得高能量得脈衝，經常需要降低脈衝的重複率。那麼可以在種子激光器與放大器之間放一個脈衝選擇器/Pulse Picker。那麼通過脈衝選擇器後的脈衝就是我們所需的脈衝。脈衝選擇前的脈衝與脈衝選擇後的脈衝能量相差並不大；並且選擇後的脈衝足以使後端的放大器正常工作，進一步實現功率放大。
▶ cavity-dumped laser
在cavity-dumped laser中，脈衝選擇器/Pulse Picker（通常稱為cavity dumper）僅在第N次往返中從腔體中提取循環脈衝。在所有其他往返光程中，脈衝的光損耗低，並且可以放大為高能量。
▶ 再生放大系統
再生放大系統中，受限於放大光路的響應時間和能量需求，對入射的脈衝個數有一定要求，所以需要對入射的激光脈衝個數按需要進行控制/操作。一般該應用中，因為入射光/放大過程中能量較高，對選擇器孔徑要求較大（＞5-10mm，甚至20-50mm或者更大），頻率一般再100Khz以下。
▶ 材料加熱/光與物質相互作用
一些材料分析實驗中，需要研究單個fs脈衝光與物質相互作用，此時需要從Mhz，甚至幾十Mhz飛秒激光脈衝中，選出單脈衝光。
▶ 五維信息存儲
由南安普頓等院校研究的為五維信息儲存技術，利用光的不同特性作用與物質，可以高容量，持久保存寫入需要的信息，實現長久，大量存儲功能。該應用需要的對入射光的脈衝個數，偏振進行調製需求，可以由電光調製器很好完成（美國Conoptics）。
▶ TDTR時域熱反射測量法
time-domain thermoreflectance
該應用中，為了得到物質熱學傳遞特定的高速描述，需要對入射的脈衝/連續光進行8-10Mhz頻率調製，並配套解調系統，得到高時間分辨率的熱學傳遞特性，對於fs激光的波長可調特性，需要配套調製器/脈衝選擇器的A寬譜工作選項（25D+M350-160，400-800nm/ 700-1100 nm）。
如何選擇脈衝選擇器/Pulse Picker
考慮的主要指標有以下幾點：
1. 開關時間（特別是對於高輸入脈衝重複率的光源）或上升/下降時間
對於基於AOM脈衝選擇器/Pulse Picker，上升/下降時間與聲光調製器的孔徑有關。我們定義上升/下降時間指的是傳遞時間曲線10%-90%經歷部分。如果要得到快速的上升/下降的時間，光束直徑在AOM內被聚焦到10um以下。
2. 開關的最大重複率
對於AOM來說，這個參數和上升下降時間直接相關，然而AOM內部的平均射頻功率也是另一個限制，高重複率將引起AOM過熱而不得不使用水冷系統。
3. 光脈衝的能量損耗
能量損耗主要由AOM器件的衍射效率以及光纖和光纖耦合造成的損耗，對於大多數AOM脈衝選擇器/Pulse Picker來說，損耗將達到75%-90%。
4. 精確選擇脈衝的能力
它與AOM及配套射頻驅動系統的消光比有關，大多數情況下，動態消光比作為最主要的因素，例如AOM的下降時間不夠快，下一個(或上一個)脈衝的一部分也通過選取的範圍。
5. 脈衝選擇器/Pulse Picker波長適用範圍（特別是對於可調諧飛秒激光器）
輸出一階角與波長成正比。如果入射光束的線寬由於超短脈衝而變寬，則會導致輸出一階角的展寬。另一方面，AOM本身的透過率曲線及鍍膜曲線也會影響波長適用範圍。
6. 色散(特別是對於脈寬<<100fs的寬帶脈衝)
介質性質決定了在不同波長下光速是不同的，輸入的光譜越寬，脈衝的色散效應越高。這種效應在高折射率晶體中更為敏感，比如Teo2比熔石英更為明顯。
7. 有效通光孔徑的大小
為了獲得最好的效果，激光束需要和有效孔徑匹配，有效孔徑與脈衝上升下降時間有關，這與聲光效應的原理有光。
8. 外部尺寸/散熱
由於脈衝選擇器/Pulse Picker的佔空比通常很低（<< 1％ON），因此AOM內部的平均RF功率很低，因此我們可以擁有基於TeO2或基於熔融硅的高效率的風冷脈衝選擇器/Pulse Picker；然而，由於SiO2材料的細度低，所需的RF峰值功率將比TeO2高得多。
9. 一般材料的損傷閾值
選擇TeO2脈衝選擇器/Pulse Picker是因為它具有較低的驅動射頻功率，而選擇SiO2脈衝選擇器/Pulse Picker是因為其更高的損傷閾值。
TeO2 (Typ 100W/mm², <30 MW/cm² with ns pulses @1µm)
SiO2 (Typ > 1GW/cm² with ns pulses @1µm) 來自：圈內人都會關注 昊量光電 昊量光電
閱讀更多 江蘇激光產業創新聯盟 的文章
