第10章锁模技术.ppt

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 P0 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 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 输出功率 三 锁模激光器工作特性 1 峰值功率 Pm N2P0 2 重复周期与重复频率 证 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 3 脉宽 光脉冲持续时间的一半 a1 t1 a2 t2 a2 a1 t2 t1 T 2 证 2 重复频率 证 另有 例1 He Ne激光器的谐振腔长L 1 5m 截面积S 1mm2 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Is 50w mm2 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 Pm N2P0 100 0 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 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 U0 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 调制器透过率 To 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 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 T0 T 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 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 E0T0 调制后的光场振幅 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 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 2 装置 3 时域原理 外加电调制信号 电光晶体中的电场 U0 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 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 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 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 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 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 M 1 二 被动式锁模 染料锁模 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