超短脈沖激光器在精密加工、智能傳感、以及醫(yī)療醫(yī)美等領域有著廣泛的應用潛力。預計在未來五年將形成百億量級的國內市場規(guī)模。目前，基于半導體光開關的被動鎖模技術是工業(yè)界超快種子光源最成熟的方案。“9字腔”激光器（Figure-9 laser）是一種新興的被動鎖模技術，因其具有低噪聲等特點而受到了廣泛關注。
Figure-9激光器一般通過加入偏振光學元件來操控鎖模工作狀態(tài)。然而，由兩個波片的旋轉角度所構成的參數(shù)空間包含了巨大的狀態(tài)數(shù)據(jù)量，給選取最優(yōu)工作點帶來了極大挑戰(zhàn)。如Figure-9激光器工作點選取不當，可能會帶來啟動慢、易失鎖和易進入多脈沖狀態(tài)等不利因素。當前，F(xiàn)igure-9激光器的方案優(yōu)化和制造工藝總體還處在受經驗指導的階段，這使得“9字腔”技術在工業(yè)量產方面的潛力尚未得到充分的釋放。

針對這一技術瓶頸，諾派激光技術團隊在國際上提出并實現(xiàn)了一種自動控制、自動收集和自動判斷Figure-9激光器輸出狀態(tài)的方法。得益于這種高速、完整表征技術，F(xiàn)igure-9激光器參數(shù)空間輸出狀態(tài)的完整掃描成為可能。例如，該系統(tǒng)可以在24小時內，完成約100萬個工作點的鎖模狀態(tài)智能判別，使得找尋激光器物理上允許的最優(yōu)工作點成為可能。通過瓊斯矩陣計算，支持鎖模狀態(tài)的腔響應曲線構成的帶狀區(qū)域可以被清晰地展示出來。
有意義的是，當激光器的結構參數(shù)改變時，鎖模熱區(qū)的模式分布也呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。如改變光纖環(huán)長度破壞諧振腔對稱性時，激光器只能在正相移區(qū)間出現(xiàn)工作點。該技術突破能夠快速、完整地展示Figure-9輸出狀態(tài)在整個參數(shù)空間中的演化規(guī)律，使得識別Figure-9激光器最優(yōu)工作點進入了“圖像識別”的新階段。

圖1、上圖展示的是參數(shù)空間中可支持鎖模狀態(tài)的腔非線性響應曲線所形成的優(yōu)化區(qū)域（分正相移區(qū)和負相移區(qū)）。
下圖展示的是快速掃描獲得的激光器全參數(shù)空間狀態(tài)分布圖（具有每24小時完成100萬個狀態(tài)的高速分析能力）。

 

圖2、(a) 參數(shù)空間中可支持鎖模狀態(tài)的鎖模區(qū)域。

(b) 展示某個鎖模區(qū)域的回滯特性。