锁模激光器的原理

　　在一个简单的激光器中，每一个模式都独立地振荡，彼此之间没有固定的关系，本质上就像一组独立的激光器，它们都以略微不同的频率发光。每种模式中光波的各个相位都不是固定的，可能会因激光器材料的热变化等因素而随机变化。在只有少数振荡模式的激光器中，模式之间的干扰会导致激光输出中的拍频效应，导致强度波动；在具有数千个模式的激光器中，这些干扰效应趋于平均到接近恒定的输出强度。
 

　　每个光脉冲的持续时间由同相振荡的模式数决定。如果有N个频率间隔Δν的模式被锁定，则整体锁模带宽为NΔν，且该带宽越宽，激光器的脉冲宽度越短。实际上，实际脉冲宽度由每个脉冲的形状决定，而每个脉冲的形状又由每个纵模的精确振幅和相位关系决定。例如，对于产生高斯时间形状脉冲的激光，最小可能脉冲宽度Δt由下式给出：
 

　　值0.441被称为脉冲的时间带宽积，并根据脉冲形状而变化。对于超短脉冲激光器，通常假设双曲正割平方(sech2)脉冲形状，给出0.315的时间带宽积。
 

　　利用该方程，可以计算出与测量的激光光谱宽度一致的最小脉冲宽度。对于光谱宽度为1.5 GHz的氦氖激光器，与此光谱宽度一致的最短高斯脉冲约为300皮秒；对于128太赫兹带宽的钛宝石激光器，这个光谱宽度只有3.4飞秒。这些值代表与激光器线宽一致的最短高斯脉冲；在实际的锁模激光器中，实际的脉冲宽度取决于许多其他因素，例如实际的脉冲形状和腔的整体色散。
 

　　原则上，后续调制可以进一步缩短这种激光器的脉冲宽度；然而，测得的光谱宽度将相应增加。