除了具有極短諧振腔（非常小）的激光器外，對于大多數(shù)系統(tǒng)，從調(diào)Q激光器獲得的典型脈沖寬度約為10–20ns。但采用腔倒空技術(shù)后，最小的脈寬可以縮短到1~2ns。這里的限制因素是腔的長度，也就是說腔長決定了脈沖的寬度。通過模式鎖定，從固態(tài)激光器獲得脈沖寬度在皮秒或飛秒范圍內(nèi)的超短脈沖。采用這種對激光器輸出的縱模進(jìn)行鎖相的技術(shù)后，脈沖寬度與激光器的帶寬成反比。

激光振蕩器的輸出受到來自縱向諧振腔模式與隨機(jī)相位關(guān)系的干擾的強(qiáng)烈波動的影響。通過在縱向模式之間建立一個固定的相位關(guān)系，可以在諧振器中循環(huán)生成相位規(guī)則且功率很大的單脈沖。模式鎖定需要一種機(jī)制，對于比諧振腔的平均強(qiáng)度更密集的輻射峰值，該機(jī)制能實現(xiàn)更低的損耗。

被動鎖模

輻射本身與可飽和吸收體結(jié)合，產(chǎn)生周期性調(diào)制，從而導(dǎo)致縱向模式的固定相位關(guān)系。真正的吸收體是具有有限數(shù)量吸收中心的材料，例如有機(jī)染料或半導(dǎo)體。有效的可飽和吸收器是利用光學(xué)材料的非線性折射率和空間上的損耗機(jī)制。

主動鎖模

聲光調(diào)制器精確地在相鄰模式的頻率間隔處提供相位或頻率調(diào)制，與cw操作相比，這導(dǎo)致鎖模脈沖序列的增益更高。

發(fā)展歷史

20世紀(jì)60年代中期從固體激光器中觀察到鎖模的，當(dāng)時以有機(jī)染料作為可飽和吸收體在隨后大約10年左右的時間里，為得到皮秒脈沖而選用閃光燈泵浦的紅寶石、欽玻璃和Nd:YAG激光器系統(tǒng)，它們都使用了可飽和吸收體。以染料池作鎖模元件主要的缺陷是發(fā)射的可重復(fù)性差。

在脈沖固體激光器中，可飽和染料吸收體不僅產(chǎn)生鎖模，而且也實現(xiàn)了Q開關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)。閃光燈發(fā)射的每一次泵浦脈沖都會產(chǎn)生一系列的鎖模脈沖，它具有典型Q開關(guān)脈沖的幾十納秒的脈寬。每一次閃光燈脈沖都會從噪聲中建立起鎖模脈沖，由于這一過程的統(tǒng)計是隨機(jī)的，所以激光器輸出的變化很大。染料溶液隨著時間的延長會變質(zhì)，光照也會使其分解，它的不穩(wěn)定性使輸出復(fù)現(xiàn)性差的問題更為嚴(yán)重。

由于難以獲得可靠且一致的鎖模脈沖輸出，研究重點(diǎn)從脈沖鎖模固體激光器轉(zhuǎn)移到有機(jī)染料鎖模激光器。染料激光器的增益與帶寬之積很大，加之新型的鎖模技術(shù)，所以能夠產(chǎn)生短至幾十飛秒的脈沖。因此，盡管染料溶液的處理和維護(hù)有其困有的不利因素，但是染料激光器仍然成為主要研究對象。

與此同時，可調(diào)諧固體激光材料也得到了發(fā)展。欽藍(lán)寶石就是一種用千可調(diào)諧激光器的著名晶體，它的增益與帶寬之積等于或大于有機(jī)染料，所以是一種產(chǎn)生飛秒脈沖的理想材料。在有效的寬帶激光器的推動下，開發(fā)了新型被動鎖模技術(shù)，像添加脈沖鎖模和克爾透鏡鎖模等。

特別是，通過KLM透鏡調(diào)制被動鎖模的氬氣泵浦鈦藍(lán)寶石激光器已成為飛秒研究的標(biāo)準(zhǔn)。在全固態(tài)激光器版本中，氬激光器被倍頻Nd:YAG激光器取代。現(xiàn)在，用半導(dǎo)體可飽和吸收器進(jìn)行模式鎖定已經(jīng)成為一項非常重要的技術(shù)。例如，二極管泵浦的固體激光器，如Cr:Li激光器，如Cr:LiSAF，用半導(dǎo)體可飽和吸收器進(jìn)行被動模式鎖定。實現(xiàn)了緊湊而穩(wěn)健的系統(tǒng)，其脈沖為飛秒量級。

主動鎖模固體激光器的發(fā)展同樣很快，最初是將電光或聲光調(diào)制器插入諧振腔中，對氪弧光燈或鋁燈連續(xù)泵浦的Nd:YAG激光器進(jìn)行鎖模。與被動鎖模相比，相位或幅度調(diào)制的方法多年來沒有太大變化，但體積龐大且效率低下的燈泵浦固態(tài)激光器已被極其緊湊且高效的二極管泵浦激光器所取代。這些激光器可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定和可靠的鎖模脈沖序列。后者能夠產(chǎn)生很可靠的穩(wěn)定鎖模脈沖波列，可以將這些連續(xù)鎖模激光器輸出的脈沖選作種子脈沖進(jìn)一步放大。

今天，激光二極管端部泵浦Nd:YLF或Nd:YAG激光器通過聲光調(diào)制器主動鎖模，可提供脈沖寬度為10-20ps的輸出脈沖。這種系統(tǒng)的可靠性高，生能的長期復(fù)現(xiàn)性好。