单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,锁模原理,一、锁模基本概念,将多纵模激光器中各纵模的初相位关系固定,形成等时间间隔的光脉冲序列,二、输出功率,P,0,:,一个纵模的输出功率,N:,纵模个数,:,相邻两纵模圆频率间隔,:,相邻两纵模的相位差,第十章,锁模技术,1 锁模原理一、锁模基本概念将多纵模激光器中各纵模的初,第,q,模的光场为,合光场为,证,设腔内共有,N=2n+1,个纵模,第,q=0,模的圆频率、初相位为,:,0,、,0,;,第,q,模为,:,q,=,0,+q,、,q,=,0,+q,第q模的光场为合光场为证 设腔内共有N=2n+1个,输出功率,三、锁模激光器工作特性,输出功率三、锁模激光器工作特性,1,、峰值功率,P,m,=N,2,P,0,2,、重复周期与重复频率,证,0,2,a,P,(N=4),a=0,、,2,、,4,时,P,达最大,a=2,/N,、,4/N,时,P=0,光在腔内往返一周所用时间,(1),重复周期,1、峰值功率Pm=N2P02、重复周期与重复频率证02aP,3,、脉宽,(,光脉冲持续时间的一半,),a,1,=,t,1,+,a,2,=,t,2,+,a,2,a,1,=,(t,2,-t,1,)=T=2,证,(2),重复频率,证,另有,3、脉宽(光脉冲持续时间的一半)a1=t1+a2=t2,1 2 3 4 5 6 7 8 9,(N=4),1,2,3,4,5,6,9,8,7,1 2 3 4 5 6 7 8 9(N=4),例,1,He-Ne,激光器的谐振腔长,L=1.5m,截面积,S=1 mm,2,输出镜透过率为,T,0.01,激活介质的多普勒线宽为,950MHz,饱和参数为,I,s,=50 w/mm,2,现将此激光器激活，激发参数,=2,求,:,满足起振条件的模式数总输出功率,(,无模式竞争,各模式输出功率均按中心频率输出功率计,),锁模后的光脉冲峰值功率、重复周期、脉宽。,解,例1 He-Ne激光器的谐振腔长L=1.5m,P,m,=N,2,P,0,=100,0.75=75w,或,Pm=N2P0=1000.75=75w或,一、主动式锁模,2,锁模激光器,1,、定义,在腔内插入一个受外界信号控制的调制器，周期性改变振荡模式的某个参量而实现锁模的方法,2,、振幅,(,损耗,),调制锁模：声光锁模,(1),概念,使用声光调制器调制谐振腔损耗，当电调制频率为,f,=c/4L,时,损耗调制频率为,f=c/2L,，可获重复频率也为,f,的激光脉冲系列,一、主动式锁模2 锁模激光器1、定义在腔内插入一个受外,激光介质,声光器件,全反镜,输出镜,激光,(2),装置,(3),时域原理,外加电调制信号,腔损耗率,o,:,腔平均损耗率,:,损耗率变化幅度,:,损耗频率,U,0,:,调制电压幅度，,:,调制频率,调制电信号为零时，损耗最小，调制电信号为极值时，损耗最大，故损耗频率是调制频率的两倍,激光介质声光器件全反镜输出镜激光(2)装置(3)时域原理外,调制器透过率,T,o,:,平均透过率，,T,：,透过率变化的幅度,损耗最小时透过率最大，损耗最大时透过率最小,透过率最大时，输出光脉冲，输出光脉冲的重复频率与重复周期为,调制器透过率To:平均透过率，T：透过率变化的幅度损耗最,t,U(t),(t),T,(t),t,t,t,I,(t),U(t):,驱动声光器件的外加调制电信号,(t):,腔损耗率,T(t):,调制器透过率,I(t):,锁模激光输出波形,(4),调制曲线,0,T,0,T,tU(t)(t)T(t)tttI(t)U(t):驱动声光器,(5),频域原理,增益曲线中心频率处的纵模首先起振，光场为,E,0,:,光场振幅，,0,:,频率,0,:,初位相,声光器件对起振纵模进行振幅调制，调制光场为,:,调幅系数,A=E,0,T,0,:,调制后的光场振幅,(5)频域原理增益曲线中心频率处的纵模首先起振，光场为E0,调制结果，使中心纵模产生初位相一样、频率为,0,的两个边模,两个边模再产生新边模，直至振荡线宽内所有纵模都被耦合形成脉冲系列输出,。,0,0,+,0,-,调制结果，使中心纵模产生初位相一样、频率为0的两个边,3,、相位,(,频率,),调制模锁,:,电光锁模,(1),概念,使用电光晶体折射率随外加电压的变化对激光进行相位调制，调制频率为,f=c/2L,时，可以获重复频率也为,f,的激光脉冲系列,激光介质,激光,全反镜,输出镜,起偏镜,检偏镜,LN,x,z,y,U,z,(2),装置,3、相位(频率)调制模锁:电光锁模(1)概念使用电光晶体折射,(3),时域原理,外加电调制信号,电光晶体中的电场,U,0,:,调制电压幅度,:,调制频率,d:,晶体沿电场方向的长度,折射率变化量,33,:LN,晶体有效电光系数,相移,l,:,晶体沿通光方向的长度,(3)时域原理外加电调制信号电光晶体中的电场U0:调制电,光,的,频,移为,相位,相移,频移,频,移为零时，光信号可输出形成光脉冲，频移不为零时，光信号经频移积累，移出增益曲线而熄灭,证,存在两组无关的脉冲系列，对应于相移波形的极大值与极小值，随机输出其中任意一组,光的频移为相位相移频移频移为零时，光信号可输出形成光脉冲,t,U(t),n,(t),(t),t,I,(t),t,(t),U(t):,驱动电光器件的调制电信号,n,(t),、,(t),:,电光效应引起折射率变化和相移的波形,I(t):,锁模激光输出波形,(t):,光的频移波形,(4),调制曲线,tU(t),n(t),(t)tI(t)t(t)U(,(5),频域原理,增益曲线中心频率处的纵模首先起振，光场为,E,0,:,光场振幅，,0,:,频率,0,:,初位相,电光器件对起振纵模进行相位调制，调制光场为,:,调相系数,(5)频域原理增益曲线中心频率处的纵模首先起振，光场为E0,调制结果，使中心纵模产生初位相一样、频率为,0,的两个边模,两个边模再产生新边模，直至振荡线宽内所有纵模都被耦合形成脉冲系列输出,。,0,0,+,0,-,M1,调制结果，使中心纵模产生初位相一样、频率为0的两个边,二、被动式锁模,(,染料锁模,),激光介质,染料盒,全反镜,输出镜,激光,1,、线性放大：泵浦刚开始，工作物质对产生的诸多光脉冲进行线性放大,2,、非线性吸收：染料被漂白，强脉冲被迅速放大，弱脉冲被吸收,3,、非线性放大：工作物质对留下的强脉冲进行非线性放大，使脉宽被压缩,二、被动式锁模(染料锁模)激光介质染料盒全反镜输出镜激光1、,t,P,t,P,t,P,t,P,t,P,线性放大,非线性,吸收,非线性,吸收,非线性,放大,tPtPtPtPtP线性放大非线性非线性非线性,知识回顾,Knowledge Review,祝您成功！,知识回顾Knowledge Review祝您成功！,