天博体育app下载优势白皮书系列＃3：
无模式噪声（“绿噪声”）

消除性能/成本权衡

CW激光器的要求可见和紫外线应用（例如，泵送CEP稳定的激光系统，Brillouin散射和半导体晶圆检查）需要高质量的稳定输出束，具有低幅度噪声。二极管抽水固态（DPSS）激光器可以产生必要的光束质量，尽管仅在固定输出功率下¹，但是它们的噪声性能通常受到称为模式噪声或“绿色噪声”的问题的限制。解决此噪声会增加激光复杂性。在DPS可见激光器中，性能（噪声）和成本（复杂性）之间存在权衡。可见的天博体育app下载中完全没有这种关键的噪声机制，因此可以以降低的成本提供较低的噪声。它还使天博体育app下载能够以简单的格式生成无噪声的紫外线输出（例如，在355 nm）。这是天博体育app下载在流式细胞仪中主导使用紫外线波长的主要原因。

¹见白皮书＃2在这个系列中。

混沌模式行为

基于宏观腔的连续波激光器的输出高度取决于腔构型。 天博体育app下载，Legacy DPSS激光器和大多数CW气体（离子）激光器都是如此。这些CW激光器以数十毫米甚至数十厘米的量度测量腔长，可以支持多个纵向空腔模式。通常在这样的激光器中，腔内束强度在多个纵向模式之间分配，每个模式的频率略有不同（请参见图1）。

但是，就遗留技术（例如离子和DPSS激光器）而言，这些单个模式之间的整体室内功率的分裂是非常随机的和动态的，这些模式的混合物随着时间的流逝而随着时间的流逝而在图1所示，这些模式的差异很大。需要低振幅噪声的应用。

在离子激光器和DPSS激光器中，由于活性激光介质已经存储了能量，因此出现了不同模式之间的这种动态竞争。简而言之，增益培养基的激发态具有比光子在CW腔周围循环的旅行时间更长的寿命。具体而言，基于ND的DPSS激光器的激发态寿命是微秒，而空腔行程时间只是纳秒。对于某些脉冲激光应用而言，存储的能量实际上是一个优势，因为它可以实现一种称为Q-Switching的机制，该机制产生了非常短而强烈的脉冲。但是，它限制了可以调制激光器的速度（打开和关闭）。而且，同样重要的是，它在使用频率转换来产生基本谐波时会引起噪声问题，例如，将1064 nm基本波长加倍以在532 nm处产生CW绿色输出。

频率加倍创建绿色（和紫外线）噪声

DPSS激光器和天博体育app下载均在近红外产生其基本输出，然后将其频率加倍以产生可见的输出，或者使用所谓的非线性晶体产生紫外线输出的频率两倍。这些第二次谐波产生（SHG）和第三个谐波产生（THG）过程高度取决于强度 - SHG或THG晶体中单位区域的功率。使用脉冲激光器，峰值功率可能高于平均功率，因此有效频率加倍（和三倍）很容易在激光腔的下游进行，即腔外。但是，使用CW激光器，获得高强度的唯一方法是将SHG和THG晶体放置在腔体内，在该腔体内，循环功率最多可以比输出功率大两个数量级。现在，以前无害的模式噪声成为一个真正的问题。

当将双倍晶体插入具有多个纵向模式的DPSS激光器的基本内腔内光束时，它会产生混乱的强度噪声在基本和加倍的输出中- 参见图2。原因是第二次谐波生成（将一个纵向模式的频率增加一倍）和总和频率生成（添加两个不同纵向模式的频率）都是可能的。总频产生夫妻夫妻单个纵向模式，从而实现纵向模式之间的直接动态相互作用。纵向模式的所有配对相互作用的时间动力学，其中一种模式的强度取决于另一种模式的增益，都会产生明显的强度噪声。这种长期认可的现象称为“绿色问题”，[参考1]，因为使用腔内加倍使用的第一个广泛使用的CW激光器是绿色DPSS激光器，在1064 nm处的激光基本频率是在532 nm处产生绿色输出的频率加倍。。

CW DPSS激光器：性能/成本权衡

在CW DPSS激光器中使用了几种方法来解决模式噪声问题。一种早期的方法是使用伸长的腔体以将功率分配到较大数量的纵向模式上。这个想法是，通过平均更多模式的噪声效应来降低噪声水平。对于某些应用，这种“涂抹”方法足以足够，但是对于那些特别具有噪声敏感的方法，例如载体信封阶段（CEP）稳定，它已证明不足。当然，它可能会对依赖于单色性的应用产生负面影响，即狭窄的光谱带宽。

一种更严格的方法是实际消除其源的绿色噪声。在DPSS激光器中执行此操作的最直接方法是使用诸如etalon之类的光学元件在单个纵向模式下进行激光。这需要腔体的积极热稳定以及使用压电镜安装座和反馈电子锁定腔长和etalon性能的能力。这一切都增加了成本和复杂性。

一些商业低噪声DPSS激光器基于其他主动反馈降低噪声策略。但是在每种情况下，噪音，成本和复杂性之间都有不可避免的权衡。

天博体育app下载 - 提供低噪声可见输出

带有天博体育app下载，增益动力学完全不同。增益介质是一个半导体，其中泵光在量子井中产生孔和电子。这些电荷载体的辐射和非辐射重组都是非常快的过程。因此，在天博体育app下载中，有效的上层寿命是几纳秒或更小的，即在空腔旅行时间的时间范围内。这有两个好处。首先，可以以最高100 kHz的速度直接调制天博体育app下载。更重要的是，短状态寿命意味着在激光模式时间尺度上没有存储的能量，只有瞬时增益。如果天博体育app下载在多个纵向模式下运行，那么这些腔模式的行为仅由腔度确定，增益只是随之而来的。因此，这些模式之间的功率分布在时间上稳定。

由于功率分布完全稳定，因此当使用隆隆内的晶体加倍晶体来创建可见的输出时，由于纵向模式之间的非线性耦合没有噪音。由于上州的寿命短，天博体育app下载中根本不存在绿色问题。由于不需要抑制其相关的成本和复杂性抑制噪声机制，因此性能和复杂性（成本，潜在的故障模式）之间没有权衡。当然，可以为单个模式操作设计天博体育app下载，并且连贯提供了这些应用程序，例如干扰法。但是使用天博体育app下载，单模是这些高相干应用的选择，而不是低噪声的先决条件。

天博体育app下载交付true-CW Ultraviolet输出

频率三倍可与DPSS和天博体育app下载一起使用，以产生紫外线输出。与可见的激光一样，Q开关的DPSS激光器可以使用效率出色的腔外谐波产生。这是相干为精确材料处理应用而生产的几种工业纳秒激光器的基础。但是，随着CW的运行，绿色噪声问题表现为严重程度增加的紫外线问题，因为三元效率取决于聚焦强度的第三强度。对于可以接受准CW输出的应用，例如印刷电路板的激光直接成像，DPSS激光器可以以数十MHz的重复速率进行模式。一个例子是圣丁素系列激光器，其中皮秒脉冲的高峰值功率意味着腔外三倍非常有效。但是，对于诸如数据存储和活细胞排序之类的应用程序，伪CW操作的脉冲输出和/或高峰值功率可能是一个问题。再次，天博体育app下载技术提供了最佳解决方案，而无需诉诸抑制噪声机制，例如稳定的单模操作。例如，Genesis 355激光现在是流式细胞仪应用需求不断增长的接受紫外输出的需求的公认标准，例如从DNA激发内源性荧光。