激光器件V2w汇编

1、第三章第三章 大功率双包层光纤激光器大功率双包层光纤激光器包层泵浦光纤激光器技术包层泵浦光纤激光器技术 双包层光纤的出现无疑是光纤领域的双包层光纤的出现无疑是光纤领域的一大突破，它使得高功率的光纤激光器一大突破，它使得高功率的光纤激光器和高功率的光放大器的制作成为现实。和高功率的光放大器的制作成为现实。 自自1988年年E Snitzer首次描述包层泵浦首次描述包层泵浦光纤激光器以来，包层泵浦技术已被广光纤激光器以来，包层泵浦技术已被广泛地应用到光纤激光器和光纤放大器等泛地应用到光纤激光器和光纤放大器等领域，成为制作领域，成为制作高功率光纤激光器高功率光纤激光器首选首选途径。途径。 目前，该技

2、术被称为目前，该技术被称为多模并行包多模并行包层泵浦技术。层泵浦技术。高功率光纤激光器的应用领域高功率光纤激光器的应用领域v金属和非金属材料的加工与处理；金属和非金属材料的加工与处理；v激光雕刻；激光雕刻；v激光产品打标；激光产品打标；v激光焊接，焊缝清理；激光焊接，焊缝清理；v精密打孔；精密打孔；v激光检测和测量；激光检测和测量；|激光图形艺术成像；激光图形艺术成像；v激光雷达系统，污染控制；激光雷达系统，污染控制；v传感技术和空间技术；传感技术和空间技术；v激光医学等等。激光医学等等。高功率光纤激光器的主要特性高功率光纤激光器的主要特性v在光纤材料中掺杂铒在光纤材料中掺杂铒(Er)，铥，铥

3、(Tm)，镨，镨(Pr)，镱，镱(Yb)等不同的稀土元素便会使光纤激光器有多种不同的等不同的稀土元素便会使光纤激光器有多种不同的输出波长；输出波长；v由于双包层泵浦技术由于双包层泵浦技术(Double Cladding Pumped Technology) 的发明与特殊工艺的融合便诞生了高功的发明与特殊工艺的融合便诞生了高功率的光纤激光器；率的光纤激光器；v目前光纤激光器波长范围可以从蓝、绿、红可见波目前光纤激光器波长范围可以从蓝、绿、红可见波长到长到2000nm；v光纤激光器输出的连续激光功率从百毫瓦量级上升光纤激光器输出的连续激光功率从百毫瓦量级上升到百瓦的量级，千瓦量级，乃至万瓦量级。到

4、百瓦的量级，千瓦量级，乃至万瓦量级。高功率光纤激光器的主要优点高功率光纤激光器的主要优点v2002年年1月，美国一公司推出一种掺镱的高功率光纤激光器，月，美国一公司推出一种掺镱的高功率光纤激光器，连续出功率高达连续出功率高达700瓦瓦 (波长为波长为1.06 m)，该激光器的特点：，该激光器的特点： 转换效率高（可高达转换效率高（可高达20%）；）；寿命长（平均无故障工作时间在寿命长（平均无故障工作时间在10万小时以上）；万小时以上）；可在恶劣的环境下工作（由于其共振腔置于光纤内部，可在恶劣的环境下工作（由于其共振腔置于光纤内部， 即使在高冲击，高震动，高湿度，有灰尘的条件下皆可正常即使在高冲

5、击，高震动，高湿度，有灰尘的条件下皆可正常运转，而环境温度范围允许在运转，而环境温度范围允许在-20 C至至+70 C之间）；之间）；无论是连续或脉冲的运转方式皆无需庞大的水冷或风冷系统无论是连续或脉冲的运转方式皆无需庞大的水冷或风冷系统.只需一般的散热体或简便的风冷即可；只需一般的散热体或简便的风冷即可；其外型紧凑体积小（光纤激光器模块的体积大约有一本字典其外型紧凑体积小（光纤激光器模块的体积大约有一本字典的大小）；的大小）；方便光纤导出；方便光纤导出；易于系统集成；易于系统集成；没有体积庞大的电源系统。没有体积庞大的电源系统。高功率光纤激光器的工作原理-1高功率光纤激光器的关键技术高功率光

6、纤激光器的关键技术: :v用于泵浦的宽面、多模大功率激光二极管用于泵浦的宽面、多模大功率激光二极管; ;v截面为梅花瓣形的内包层或多孔的双包层光纤；截面为梅花瓣形的内包层或多孔的双包层光纤；v单模掺镱纤芯单模掺镱纤芯; ;v锥形捆扎或树叉形双包层光纤泵浦光导入口锥形捆扎或树叉形双包层光纤泵浦光导入口; ;v特殊耦合技术特殊耦合技术; ;v光纤光栅谐振腔光纤光栅谐振腔. .高功率光纤激光器的工作原理-2内包层内包层掺掺Yb单模纤芯单模纤芯外包层外包层光纤光栅光纤光栅掺镱双包层泵浦光纤掺镱双包层泵浦光纤输出端输出端低折射率的外包层光纤低折射率的外包层光纤专利设计双包层泵浦光纤之截面图专利设计双包层

7、泵浦光纤之截面图光纤芯光纤芯外包层外包层保护层保护层激光输出激光输出泵浦光泵浦光双包层掺杂光纤的构形双包层掺杂光纤的构形高功率光纤激光器的工作原理-35m纤芯多模多模Diode PnmpTapered Fiber Bundle特殊耦合器特殊耦合器高功率光纤激光器的工作原理-4Bundles with all MM ports for coupling to Yb-doped fiber7 MM Fiber0.16 NASingle mode outputMulti-Mode input fiber1,多模大功率激光二极管泵浦多模大功率激光二极管泵浦;2,专门的耦合设计专门的耦合设计.光纤激光器

8、基本结构示意图光纤激光器基本结构示意图泵浦光泵浦光970nm泵浦光泵浦光970nm激光输出激光输出光纤光栅光纤光栅100%反射反射光纤光栅光纤光栅10%反射反射掺镱掺镱(Yb)光纤光纤几种泵浦方式几种泵浦方式多模、包层泵浦示意图多模、包层泵浦示意图掺杂稀土元素的单模纤芯掺杂稀土元素的单模纤芯多模泵浦光多模泵浦光单模输出单模输出包层包层在单模纤芯内被镱原子吸收的多模泵浦光在单模纤芯内被镱原子吸收的多模泵浦光特殊设计的树杈形包层光纤特殊设计的树杈形包层光纤掺稀土元素硅光纤的制作掺稀土元素硅光纤的制作v使用使用MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition)设备设备

9、v稀土元素溶液的掺杂稀土元素溶液的掺杂v低折射率镀层制做双包低折射率镀层制做双包层光纤层光纤v超声成型超声成型高功率光纤激光器的工作原理高功率光纤激光器的工作原理- 5u若在包层光纤材料中掺杂不同的稀土元若在包层光纤材料中掺杂不同的稀土元素，例如掺杂铒素，例如掺杂铒(Er)，铥，铥(Tm)，镨，镨(Pr)，镱镱(Yb)等不同的稀土元素即会使得光纤激等不同的稀土元素即会使得光纤激光器有多种不同的激光波长输出。光器有多种不同的激光波长输出。u 如果用多个多模激光二极管同时耦合至如果用多个多模激光二极管同时耦合至双包层光纤上，就可以获得高功率的激光双包层光纤上，就可以获得高功率的激光输出。输出。u这

10、就是被称之为双包层、多模、并行泵这就是被称之为双包层、多模、并行泵浦技术浦技术Yb3+离子能级图离子能级图基态子能级基态子能级a亚稳态能级亚稳态能级d基态子能级基态子能级c激发态子能级激发态子能级e980nm泵浦泵浦自发辐射跃迁自发辐射跃迁1.06m无辐射跃迁无辐射跃迁2F 5/2 能级能级2F 7/2 能级能级掺镱纤芯的吸收光谱掺镱纤芯的吸收光谱Spectral absorptionYb+3 Wavelength (nm)Multimode Absorption (dB/m)976nm915,940nm光纤激光器包层泵浦技术示意图光纤激光器包层泵浦技术示意图宽面泵浦激光二极管宽面泵浦激光二极

11、管 双包层光纤及掺杂稀土元素的纤芯双包层光纤及掺杂稀土元素的纤芯激光输出激光输出宽面的泵浦激光二极管宽面的泵浦激光二极管v多模泵浦二极管的稳定性很高。几何上的宽面使得多模泵浦二极管的稳定性很高。几何上的宽面使得LD的的断面上的光功率密度很低且通过活性面的电流密度亦很低。断面上的光功率密度很低且通过活性面的电流密度亦很低。这样泵浦二极管的可靠运转寿命就会很长。这样泵浦二极管的可靠运转寿命就会很长。 外包层外包层内包层内包层纤芯纤芯输出光束输出光束宽面二极管宽面二极管包层光线横截面与包层泵浦技术示意图包层光线横截面与包层泵浦技术示意图纤芯纤芯Core外包层外包层Outer clad矩形内包层矩形内

12、包层偏心圆偏心圆内包层内包层内包层内包层Inner clad花瓣形内包花瓣形内包层层包层光纤横断面的几何形状包层光纤横断面的几何形状v光纤内包层横断面的几何形状是很重要的。光纤内包层横断面的几何形状是很重要的。v如果设计成圆形，而纤芯又居其中心，这样大部如果设计成圆形，而纤芯又居其中心，这样大部分的泵浦光就不能横穿过纤芯。分的泵浦光就不能横穿过纤芯。v设计出其它光纤内包层横断面的几何形状，以使设计出其它光纤内包层横断面的几何形状，以使更多的泵浦光横穿过纤芯。更多的泵浦光横穿过纤芯。v常见的设计：常见的设计： 偏心圆式的内包层，偏心圆式的内包层， 矩形的内包层，矩形的内包层， 花瓣形的内包层。花

13、瓣形的内包层。偏心型内包层偏心型内包层正方形内包层正方形内包层长方形内包层长方形内包层星型内包层星型内包层 圆形内包层圆形内包层纤芯纤芯外包层外包层保护层保护层内包层内包层D D型内包层型内包层几种不同几何结构的双包层光纤几种不同几何结构的双包层光纤多孔双包层光纤截面扫描电子显微镜照片内包层多孔直径内包层多孔直径d=2.7 m孔间距孔间距 =9.7 m外包层多孔直径外包层多孔直径d=12.3 mOuter jacketcoreInner claddingOuter cladding多孔双包层光纤截面扫描电子显微镜照片小孔内包层小孔内包层低阈值低阈值,有效吸收有效吸收光子晶体多孔双包层光纤截面扫

14、描电子显微镜照片光子晶体多孔双包层光纤激光器强度分布vM梅花瓣形内包层光纤尺寸示意梅花瓣形内包层光纤尺寸示意第二包层掺氟石英第二包层掺氟石英 n n=1.40=1.40第一包层熔凝石英第一包层熔凝石英 n n=1.45=1.45纤芯纤芯-掺镱熔凝石英掺镱熔凝石英 n n=1.46=1.46125125909088多模、并行泵浦示意图多个二极管并行泵浦多个二极管并行泵浦Double cladding doped fiberSpecial couplerOutput laser并行泵浦示意图并行泵浦示意图光纤光纤泵浦二极管泵浦二极管泵浦二极管泵浦二极管柱面透镜柱面透镜大功率宽面多模二极管的并行泵浦

15、技术的优点大功率宽面多模二极管的并行泵浦技术的优点高功率。高功率。一个多模泵浦二极管可辐射出大于一个多模泵浦二极管可辐射出大于100瓦的激光功瓦的激光功率，多个多模泵浦二极管并行设置，即可允许设计出很高功率，多个多模泵浦二极管并行设置，即可允许设计出很高功率输出的光纤激光器。率输出的光纤激光器。无需热电冷却器。无需热电冷却器。这种大功率的宽面多模二极管可在很高的这种大功率的宽面多模二极管可在很高的温度下工作。温度下工作。很宽的泵浦波长范围。很宽的泵浦波长范围。高功率光纤激光器内的活性包层光纤高功率光纤激光器内的活性包层光纤掺杂了镱稀土元素，有一个很宽且又平坦的光波吸收区掺杂了镱稀土元素，有一个

16、很宽且又平坦的光波吸收区（915-980 nm ）。因此，泵浦二极管不需任何类型的波长稳）。因此，泵浦二极管不需任何类型的波长稳定装置。定装置。高可靠性。高可靠性。多模泵浦二极管比起单模泵浦二极管来其稳定性多模泵浦二极管比起单模泵浦二极管来其稳定性要高出很多。其几何上的宽面就使得激光器的截面上的光功要高出很多。其几何上的宽面就使得激光器的截面上的光功率密度很低且通过活性面的电流密度亦很低。这样一来，泵率密度很低且通过活性面的电流密度亦很低。这样一来，泵浦二极管其可靠运转寿命超过能浦二极管其可靠运转寿命超过能 10万小时。万小时。环碟型光纤激光器的泵浦环碟型光纤激光器的泵浦v日本日本Hoya大学

17、大学v K.Uedav光纤长光纤长100Mv10W单模连续输出掺镱光纤激光器单模连续输出掺镱光纤激光器v市场上已有的市场上已有的5W, 10W, 20W, 50W以及以及100W掺镱光纤掺镱光纤激光器是为无需维修的激光器是为无需维修的OEM系统中的应用而设计。系统中的应用而设计。v二极管泵浦的光纤激光器发出一二极管泵浦的光纤激光器发出一1.07 m的单模激光的单模激光,经经带有外套的单模光纤光缆直接引至工作点上。这种紧带有外套的单模光纤光缆直接引至工作点上。这种紧凑无伺服的激光器设计使其可在高冲击，高震动和有凑无伺服的激光器设计使其可在高冲击，高震动和有灰尘的条件下运转灰尘的条件下运转.v环境

18、相对湿度允许在环境相对湿度允许在90%以上，而适应的环境温度范以上，而适应的环境温度范围可在围可在 20 C至至+70 C之间。之间。单模连续输出掺镱光纤激光器单模连续输出掺镱光纤激光器v该光纤激光器能够直接安置在微机械系统内，或微雕该光纤激光器能够直接安置在微机械系统内，或微雕刻和材料处理系统中以及产品打标系统中，无需安装刻和材料处理系统中以及产品打标系统中，无需安装后的伺服。后的伺服。v该光纤激光器无需换置配件和材料。墙插电转换效率该光纤激光器无需换置配件和材料。墙插电转换效率在在20%以上以上, 其外形紧凑，简便的风冷即可。其外形紧凑，简便的风冷即可。v在结构上在结构上,其设计结实而紧凑

19、其设计结实而紧凑,集成化，无光学元件排列集成化，无光学元件排列的调准或维修之需的调准或维修之需;亦无机械稳定性的问题。亦无机械稳定性的问题。v光纤传输线可达光纤传输线可达20米以上。米以上。 单模连续输出单模连续输出10W掺镱光纤激光器掺镱光纤激光器倍频倍频单模连续输出单模连续输出100W掺镱光纤激光器掺镱光纤激光器主要特征：主要特征： 1，光学输出功率，光学输出功率100W以上；以上；2，最佳光束品质，最佳光束品质M2700瓦瓦；2，输出光束参数有最佳改善，输出光束参数有最佳改善 100khrs)；8，可记录工作输出的功率密度；，可记录工作输出的功率密度；9，具有连续和脉冲的运转方式；，具有

20、连续和脉冲的运转方式；10，空气冷却；，空气冷却；11，焦点直径在焦长，焦点直径在焦长150 mm的情况是为的情况是为50 m. 350W,700W,2kW系列光纤激光器系列光纤激光器4kW、6kW掺镱光纤激光器掺镱光纤激光器v2002年底又推出了年底又推出了4kW、6kW掺镱光纤激光器掺镱光纤激光器4千瓦光纤激光器千瓦光纤激光器万瓦级光纤激光器万瓦级光纤激光器v 不久前推出的不久前推出的10kW掺镱光纤激光器掺镱光纤激光器v 主要特点主要特点:v 输出光功率输出光功率:10 kWatt v 墙插效率墙插效率:Over 20% v 泵浦二极管寿命泵浦二极管寿命:50,000 Hours v 气

21、冷或水冷气冷或水冷v 光纤传输光纤传输 Up to 200 m v 体积体积:120*79*160 cmv 重量重量:1,000 kgv 输出波长输出波长:1070 nm光纤激光器用于汽车加工v1超紧凑型1瓦、单模光纤激光器超紧凑型1瓦、单模光纤激光器v 特点特点:v 1, 超紧凑超紧凑,尺寸：尺寸：90 x 70 x 15 mm ( 3.5 x 3.0 x 0.5 in );v 2, 输出波长输出波长1040-1120 nm; 单模；单模；v 3, 低损耗，供电低损耗，供电3.3V, DC,10瓦以下瓦以下;v 4,二极管泵浦光纤到光纤工作二极管泵浦光纤到光纤工作(DPFF);v 应用范围应

22、用范围:v 1,照像复制术照像复制术 (reprographics);v 2,光谱学光谱学 (spectroscopy);v 3,成像技术成像技术 (imaging)v 4,晶片检测晶片检测 (wafer inspection)v 5,航空电子学航空电子学 (avionics).光纤激光器输出波长向可见波段发展v光纤激光器输出波长向可见波段发展，目标是蓝、绿和近紫外。v2003年8月5日IPG推出：基于参铒光纤激光器的倍频;v5-30W，输出波长770-780nm，单模的光纤激光器已于今年7月交付用户使用。25W可见波段光纤激光器可见波段光纤激光器应用应用:微加工、医用激光、微加工、医用激光、

23、打标、视觉艺术打标、视觉艺术可见波段的光纤激光器v该可见波段的光纤激光器在770nm 与780 nm间可调,单模连续输出5-30W.v脉冲频率在10-20MHz之间可调,脉宽为2-3 ns. v光束质量：M210%下一目标下一目标: :385-390nm5W第四章第四章 脉冲光纤激光器脉冲光纤激光器（一）调（一）调Q光纤激光器光纤激光器 得到得到ns高能量脉冲（巨脉冲），脉冲重复率低。高能量脉冲（巨脉冲），脉冲重复率低。（二）锁模光纤激光器（二）锁模光纤激光器 得到得到ps、fs量级的高功率脉冲。脉冲重复率很高。量级的高功率脉冲。脉冲重复率很高。调调Q技术技术（Q开关技术）开关技术）u 一种获

24、得高峰值功率、窄脉宽激光脉冲（巨脉冲）的技术。一种获得高峰值功率、窄脉宽激光脉冲（巨脉冲）的技术。u最早出现于最早出现于1962年，其诞生是激光发展史上的一个重要突破。年，其诞生是激光发展史上的一个重要突破。在此之前，由于普通脉冲激光器输出的弛豫振荡，很难获得在此之前，由于普通脉冲激光器输出的弛豫振荡，很难获得峰值功率高而脉宽窄的激光脉冲。峰值功率高而脉宽窄的激光脉冲。u借助调借助调 技术，能够获得峰值功率技术，能够获得峰值功率MW以上，脉宽仅为以上，脉宽仅为ns量量级的激光脉冲，使激光成为非常强的相干光源，并由此产生级的激光脉冲，使激光成为非常强的相干光源，并由此产生了非线性光学等新的光学分

25、支。同时，也推动了诸如激光雷了非线性光学等新的光学分支。同时，也推动了诸如激光雷达、激光测距、高速摄影、核聚变等应用技术的发展。达、激光测距、高速摄影、核聚变等应用技术的发展。自由运转固体激光器的输出特性自由运转固体激光器的输出特性v 在在ms量级的脉冲光激励下，并非输出单一的平滑光脉冲，而是量级的脉冲光激励下，并非输出单一的平滑光脉冲，而是一系列强度不等的尖峰脉冲（一系列强度不等的尖峰脉冲（ms 量级）。称为量级）。称为驰豫振荡驰豫振荡现象。现象。自由运转自由运转 (一系列一系列ms尖峰尖峰)调调Q Q原理原理-损耗调制损耗调制品质因数品质因数Q（电子学名词）：（电子学名词）：器件储存能量的

26、本领器件储存能量的本领每每秒秒损损耗耗的的激激光光能能量量腔腔内内储储存存的的激激光光能能量量02 Q LnnLWcWQ002/2 输输出出散散射射衍衍射射吸吸收收反反射射损损耗耗 转镜，转镜，电光电光染料染料声光声光调调Q方式：方式：低低Q Q值：损耗大，不能起振，能量积累。值：损耗大，不能起振，能量积累。高高Q Q值：损耗小，激光起振，输出高能脉冲。值：损耗小，激光起振，输出高能脉冲。调调Q透射式，透射式，破坏全内反射破坏全内反射类比：水库的蓄水和排放。类比：水库的蓄水和排放。调调 激光器的储能方式激光器的储能方式（1）工作物质储能调）工作物质储能调（2）谐振腔储能调）谐振腔储能调谐振腔储

27、能调谐振腔储能调Q 也叫脉冲透射式调也叫脉冲透射式调Q，简称，简称PTM 法（法（Pulse Transmission Model）。）。将能量以光子的形式储存在谐振腔中，当腔内光子数密度达到最将能量以光子的形式储存在谐振腔中，当腔内光子数密度达到最大值时，瞬间将腔内能量全部输出，因而也叫做腔倒空法。大值时，瞬间将腔内能量全部输出，因而也叫做腔倒空法。几种调几种调Q方法的比较方法的比较调调Q开关速度开关速度优点优点缺点缺点适用范围适用范围转镜转镜慢慢,ms-ns无插入损耗，无插入损耗，无光损伤无光损伤机械磨损，装机械磨损，装配要求高配要求高大功率，大功率，10MW电光电光快快, ns结构简单，

28、寿结构简单，寿命长，稳定，命长，稳定，重复性好重复性好需要几千伏高需要几千伏高压，电路干扰压，电路干扰大功率，大功率，10MW声光声光快快, ns开关电压低，开关电压低，重复率高重复率高对高能量激光对高能量激光的开关能力差的开关能力差低增益连续激低增益连续激光器，光器，100kW可饱和可饱和吸收体吸收体快快,被动被动 ns-ps使用简便，无使用简便，无电干扰电干扰稳定性差，易稳定性差，易污染污染中等功率，中等功率， 1MW（一）调（一）调Q光纤激光器光纤激光器一、基于非光纤型调一、基于非光纤型调Q装置的光纤激光器（电光、声光）装置的光纤激光器（电光、声光）掺铒光纤的一端做成与光纤轴线掺铒光纤的

29、一端做成与光纤轴线成成170的端面，以减少菲涅耳反射。的端面，以减少菲涅耳反射。经透镜准直同电光调制器和激光经透镜准直同电光调制器和激光谐振腔耦合。谐振腔耦合。缺点：需要几千伏的高压，会对缺点：需要几千伏的高压，会对周边设备产生严重的电磁干扰。周边设备产生严重的电磁干扰。优点：需要电压较低，优点：需要电压较低，100V左右。左右。缺点：衍射效率缺点：衍射效率80%，消光比不，消光比不够高，会影响开关效果。够高，会影响开关效果。1.基于声波调制的光纤衰减器调基于声波调制的光纤衰减器调Q光纤激光器光纤激光器（主动调（主动调Q）2.可饱和吸收体调可饱和吸收体调Q二、全光纤型调二、全光纤型调Q光纤激光

30、器光纤激光器3. 带光纤带光纤Bragg光栅的环形镜实现全光纤调光栅的环形镜实现全光纤调Q(1) M-Z干涉仪作为调干涉仪作为调Q装置装置光纤光栅作为腔镜。光纤光栅作为腔镜。PZT加上周期性调制电压，两臂之间的光程差发生周期性变化。加上周期性调制电压，两臂之间的光程差发生周期性变化。光在第二个光在第二个3dB耦合器处相遇发生干涉。腔内损耗周期性变化。耦合器处相遇发生干涉。腔内损耗周期性变化。可实现可实现 s量级的脉冲运转。量级的脉冲运转。(2) 迈克尔孙干涉仪作为调迈克尔孙干涉仪作为调Q装置装置两个光纤光栅，一个作为参考臂，另一臂用两个光纤光栅，一个作为参考臂，另一臂用PZT加上周期性调制电压

31、，加上周期性调制电压，两臂之间的光程差发生周期性变化，实现两臂之间的光程差发生周期性变化，实现Q开关的作用。开关的作用。4. 调节调节FBG周期实现激光调周期实现激光调Q5. 脉冲泵浦和受激布里渊散射（脉冲泵浦和受激布里渊散射（SBS）混合调混合调Q光纤激光器光纤激光器（二）锁模光纤激光器（二）锁模光纤激光器 锁模锁模-激光纵模的相位锁定激光纵模的相位锁定调调Q 与锁模的区别与锁模的区别调调Q：调制周期：调制周期 TMTR，重复率重复率1-10 kHz。 脉冲宽度由脉冲宽度由Q开关速度决定，产生高能量的开关速度决定，产生高能量的ns脉冲。脉冲。特点：特点：对光强的调制幅度大（对光强的调制幅度大

32、（开开-关）关）。激光输出：截止激光输出：截止 起振起振 截止截止。锁模锁模：调制周期：调制周期 TM=TR ， 重复率重复率=1/TR100MHz。脉冲宽度。脉冲宽度小于调制信号的宽度，产生小于调制信号的宽度，产生 ps, fs量级的高功率脉冲量级的高功率脉冲 。特点：对光强的调制幅度较小（高特点：对光强的调制幅度较小（高-低）。低）。激光输出：连续激光输出：连续 脉冲序列脉冲序列 。 锁模的方式锁模的方式1. 主动锁模主动锁模-启动成功率高，稳定性好，不易启动成功率高，稳定性好，不易失锁。失锁。电光调制（电光调制（EOM）（）（需要高压，不常用需要高压，不常用）声光调制（声光调制（AOM）

33、2.被动锁模被动锁模-结构简单；结构简单；通常通常不能自启动，稳不能自启动，稳定性稍差，会失锁。定性稍差，会失锁。饱和吸收体饱和吸收体 (染料染料)自锁模（利用增益物质本身非线性效应）自锁模（利用增益物质本身非线性效应）主动锁模与被动锁模的对比主动锁模与被动锁模的对比主动主动：损耗调制由外部设施控制损耗调制由外部设施控制，一般，一般不能跟上脉冲包不能跟上脉冲包 络的变化络的变化（调制周期（调制周期ns量级）量级） 。通常通常产生产生 ps 量级的脉冲。量级的脉冲。 被动被动：损耗调制由脉冲形状本身所决定损耗调制由脉冲形状本身所决定，可以形成较窄可以形成较窄 的净增益窗口的净增益窗口，有利于产生

34、，有利于产生fs量级的脉冲。量级的脉冲。 通过调制器调制光强，当调制频率等于腔内纵模间隔的整数倍的时候通过调制器调制光强，当调制频率等于腔内纵模间隔的整数倍的时候实现锁模。这种方式容易产生实现锁模。这种方式容易产生GHz以上高重复频率脉冲。以上高重复频率脉冲。主动锁模主动锁模通过半导体可饱和吸收镜、可饱和吸收体对强光损通过半导体可饱和吸收镜、可饱和吸收体对强光损耗小、弱光损耗大得原理实现锁模。耗小、弱光损耗大得原理实现锁模。被动锁模被动锁模被动被动锁模锁模可饱和吸收体必须具备的条件：可饱和吸收体必须具备的条件：（1 1）吸收线的波段应和激光波长很接近；）吸收线的波段应和激光波长很接近；（2 2）吸收线的线宽要大于或等于激光线宽；）吸收线的线宽要大于或等于激光线宽；（3 3）吸收体的高能级寿命应短于脉冲在腔内往返一次的时间，）吸收体的高能级寿命应短于脉冲在腔内往返一次的