将可饱和吸收用作共用 原理可消除将横向模式的控制机制执行到振荡器200中的需要。
[0049] 执行相同操作原理的一个高效方式是用相同材料，如用相同半导体形成可饱和吸 收器212和214。
[0050] 振荡器的一些实施方案可以使用可饱和增益代替可饱和吸收作为共用操作模式， 且可以使用两个增益元件。
[0051] 即使在相同原理实施方案中，以上设计挑战仍有待解决。如果可饱和吸收器212 和214形成在同一个半导体中，那么自启动可饱和吸收器212要求半导体的临界通量为低， 以使其可通过放大射束的小随机扰动启动振荡器200,而脉冲成形可饱和吸收器214要求 临界通量为高以使其可选择并仅放大脉冲的峰值，从而使它们尽可能短。
[0052] 图4A图示自启动可饱和吸收器212和脉冲成形可饱和吸收器214的透射实施方 案。图4B图示自启动可饱和吸收器212和脉冲成形可饱和吸收器214的反射实施方案。这 些振荡器200中的一些可使用更多折叠镜240-3和240-4。
[0053] 图5A至图5C图示振荡器200的一些实施方案通过将两个可饱和吸收器暴露于不 同射束强度解决这些矛盾设计要求，而图图示其它实施方案如下文所描述修改两个可 饱和吸收器的临界通量。
[0054] 图5A的振荡器200可将激光束聚焦于焦点FS，例如通过使用聚焦折叠镜240,可 能组合射束扩展器。为求简明，仅明确示出振荡器200的相关区段。相对于焦点FS不同地 放置可饱和吸收器212和214是个别控制吸收器所经受的射束强度的高效方式，因为聚焦 将射束半径压缩在焦点FS周围并因此增大那处的射束强度（每单位面积的射束能）。这种 射束扩展和再聚焦可通过包括各种不同的任选折射或反射元件实现。
[0055] 在振荡器200的这些实施方案中，可将自启动可饱和吸收器212布置成靠近射束 被压缩至其最小半径所在的焦点FS。因此，在使振荡器200通电后，光开始扰动，扰动射束 的强度或通量在靠近自启动可饱和吸收器212所在位置的焦点FS处首先超过阈值。作为 响应，自启动可饱和吸收器212被激活且扰动在其往返期间被放大。因自启动可饱和吸收 器212具有充分慢恢复时间Tss，所以放大的扰动可自启动振荡器200。
[0056] 同时，因脉冲成形可饱和吸收器214被放置得比自启动可饱和吸收器212更为远 离焦点FS，所以同一射束在其位置处分布在较大射束半径内且因此脉冲成形可饱和吸收器 214所经受的射束强度低于自启动可饱和吸收器212所经受的强度。出于这个原因，如果 吸收器从同一半导体形成且因此具有相同临界通量或强度，那么激活自启动可饱和吸收器 212的同一扰动不会激活脉冲成形可饱和吸收器214。一旦自启动可饱和吸收器212启动 振荡器200且锁模脉冲在几个往返后被放大得越来越大，最终脉冲强度也在脉冲成形可饱 和吸收器214的位置超过通量阈值，从而将其激活或打开。一旦脉冲成形可饱和吸收器214 也被激活，那么其开始缩窄脉冲，将其成形为超短脉冲。
[0057] 按另一方式表达图5A的设计，振荡器200可沿振荡器中的光程空间改变脉冲光束 的射束半径R。可将自启动可饱和吸收器212布置在振荡器200的第一位置，此处射束半径 为R1，且可将脉冲成形可饱和吸收器214布置在振荡器200的第二位置，此处射束半径为 R2,其中R1小于R2。
[0058] 图5B图示振荡器200的另一整合实施方案，其中自启动可饱和吸收器212和脉冲 成形可饱和吸收器214不仅由同一类半导体形成，实际上是在同一个半导体晶体中，即端 镜210的基板216上形成。在示出的反射型可饱和吸收器设计中，端镜210的镜层218可 从入射光束和反射光束形成驻波。类似于图5A实施方案的设计原理，自启动可饱和吸收器 212可以层的形式形成在射束强度为高的地方，如远离驻波的节点，而脉冲成形可饱和吸收 器214可形成于射束强度较低的地方，如较靠近驻波的节点。如上，利用这个设计，当偶然 扰动形成时，光强度首先在自启动可饱和吸收器212增长至高于通量阈值，从而激活其自 启动振荡器200。随着脉冲在其往返期间被放大，射束强度甚至在脉冲成形可饱和吸收器 214所在的驻波节点区周围到达阈值，从而激活脉冲成形可饱和吸收器214。一旦被激活， 脉冲成形可饱和吸收器214便可将脉冲成形为超短脉冲。
[0059] 在这些架构中，可饱和吸收层可利用量子阱设计高效形成并放置，因为量子阱的 厚度可在比光波长小得多的精度下加以控制且层的生长条件可得到极其严格控制。
[0060] 在这些在同一半导体中形成两个可饱和吸收层的整合实施方案中，因层按顺序形 成，所以可将不同生长条件应用于自启动和脉冲成形可饱和吸收层。这些设计可执行可饱 和吸收层212和214的不同饱和通量和恢复时间。
[0061] 图5C图示具有图5B的整合端镜210的振荡器200,其中自启动可饱和吸收层212 被放置成远离光驻波的节点且因此靠近光驻波的最大值，而脉冲成形可饱和吸收层214被 放置成靠近光驻波的节点。
[0062] 下文将描述自由空间激光振荡器200的各个实施方案。激光振荡器200可用作 啁啾脉冲放大（CPA)激光器的种子激光器，其中放大的脉冲用于眼科手术。对于这些眼科 手术激光器，可使用近红外波长，其中Nd或Yb掺杂晶体或玻璃工作良好。激光波长可在 1030nm至1070nm的范围内。当振荡器脉冲在放大器中被实质放大时，振荡器的功率变得不 太重要。因此，相对低的10至250mW平均功率便充足，波长持续时间介于lfs与1，OOOfs， 或150fs与500fs之间且重复率介于1MHz与1，000MHz，或40与150MHz之间。这些功率水 平、脉冲持续时间和重复率可通过将Nd和Yb增益材料用于紧凑光学设备中实现。例如，在 具有100mW平均功率、300fs脉冲持续时间、100MHz重复率、5%输出耦合器和不可饱和损耗 的激光器中，腔内平均功率可为2W或20nJ/脉冲，具有约6kW的峰值功率。
[0063] 通过使用1.5m腔长度、将平整输出耦合器和聚焦镜置于晶体周围并使用具有 0.lm曲率半径的SESAM，在晶体内和SESAM处的模面积可为约800平方微米，从而获得约 2, 400yJ/cm2的光通量。为了避免Q开关，操作脉冲成形可饱和吸收器214所处的光或操作 通量可以是脉冲成形可饱和吸收器214的饱和通量的3倍至10倍、2倍至30倍或1倍至100 倍。这个概念可为脉冲成形可饱和吸收器214的饱和通量设置在20yJ/cm2至2, 000yJ/ cm2、80yJ/cm2至 1，200yJ/cm2或 200yJ/cm2至 800yJ/cm2范围内的设计值。
[0064] 因振荡器200能够产生比吸收层的恢复时间短至多10倍（尤其在孤波锁模方式 中）的脉冲，所以脉冲成形可饱和吸收器的恢复时间可为约1皮秒至10皮秒，在一些情况 中，约3ps。
[0065] 为了可靠地启动锁模操作，自启动可饱和吸收器212能够"预组织"激光器的模式 以产生拟随机脉冲尖峰值，其可激活脉冲成形吸收器214。如果在脉冲成形吸收器214的恢 复时间的时间窗内脉冲尖峰值的内能占脉冲成形吸收器214的饱和能的显著比例，那么这 种情况将发生。为了在5倍于自启动吸收器212的饱和通量时达到脉冲成形吸收器214的 饱和能的1/10,自启动吸收器212的饱和通量可比脉冲成形吸收器214的饱和通量低5*10 =50倍。利用脉冲成形吸收器214的以上多个范围，这个约50倍的因子可转换为自启动 吸收器 212 的约 0? 5yJ/cm2至 40yJ/cm2、2yJ/cm2至 25yJ/cm2或 4yJ/cm2至 15yJ/cm2 的饱和通量范围。在各个实施方案中，脉冲成形可饱和吸收器214的饱和通量对自启动可 饱和吸收器212的比可在1至100、2至30和3至10的范围内，从而为自启动可饱和吸收 器212界定更多饱和通量范围。
[0066]自启动吸收器212的恢复时间也可以更长，如比所需启动脉冲尖峰值或脉冲成形 吸收器214的恢复时间长一个数量级，在10至100ps范围内，如30ps。
[0067] 注意较长恢复时间可降低吸收器的饱和通量，吸收器内的激发可在其高能级上保 持更久，可将更多能量储存在高能态且松弛激发不必再次泵送至其高能级。这可用于低饱 和通量、长恢复时间自启动吸收器212的设计。还注意在开启瞬态后，自启动吸收器212可 以全开状态，在比饱和高10倍至100倍，如比饱和高约50倍的通量下操作。这种深饱和还 帮助避免Q开关不稳定。
[0068] 两个吸收器的饱和通量之间的10倍至100倍差异因子可分为两部分。以50的比 率为例，10倍因子可来自自启动吸收器212与脉冲成形吸收器214之间的材料和光谱学性 质差异。剩余的5倍因子可来自吸收器212和吸收器214相对于整合层状SESAM端镜210 中驻波图形的节点的不同位置。
[0069] 图?图示在振荡器200的另外其它实施方案中，不将可饱和吸收器212和吸收器 214放置在具有相异射束强度的位置，而是形成具有相异通量阈值或饱和阈值的吸收层。在 这些实施方案中，即使吸收器经受类似或甚至一致射束强度，它们因具有不同阈值而仍可 在不同射束强度或通量下被激活。类似于其它实施方案，在一些振荡器200中，可形成具有 比脉冲成形可饱和吸收器214的饱和阈值低的饱和阈值的自启动可饱和吸收器2