第四章激光Q開關(guān)及鎖模技術(shù)

1、1光電子技術(shù)基礎(chǔ)光電子技術(shù)基礎(chǔ)授課班級授課班級: 1006211: 1006211、10062211006221、20062312006231、10061311006131授課教師授課教師: : 左青卉左青卉2主要內(nèi)容主要內(nèi)容第四章：激光第四章：激光Q開關(guān)及鎖模技術(shù)開關(guān)及鎖模技術(shù) 激光激光Q Q開關(guān)技術(shù)概論開關(guān)技術(shù)概論1 1 電光電光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)2 2 聲光聲光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)3 3 鎖模技術(shù)鎖模技術(shù)4 43主要知識要點主要知識要點q脈沖激光器工作原理脈沖激光器工作原理qQ調(diào)制技術(shù)原理調(diào)制技術(shù)原理qQ調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)激光激光Q Q開關(guān)技術(shù)概論開關(guān)技術(shù)概論

2、4激光激光Q Q開關(guān)技術(shù)概論開關(guān)技術(shù)概論按激光器運轉(zhuǎn)方式按激光器運轉(zhuǎn)方式連續(xù)激光器連續(xù)激光器脈沖激光器脈沖激光器連續(xù)激光器連續(xù)激光器長脈沖激光器長脈沖激光器:0t:s激勵持續(xù)時間激勵持續(xù)時間激光上能級壽命激光上能級壽命st0st05激光激光Q Q開關(guān)技術(shù)概論開關(guān)技術(shù)概論連續(xù)激光器連續(xù)激光器脈沖激光器脈沖激光器以連續(xù)光源激勵的固體激光器和以連續(xù)電激勵方式工作的氣體激光以連續(xù)光源激勵的固體激光器和以連續(xù)電激勵方式工作的氣體激光器和半導(dǎo)體激光器均屬于此類。連續(xù)激光器輸出功率一般比較低，器和半導(dǎo)體激光器均屬于此類。連續(xù)激光器輸出功率一般比較低，適合于要求激光連續(xù)工作（激光通信、激光手術(shù)燈）場合。適合于

3、要求激光連續(xù)工作（激光通信、激光手術(shù)燈）場合。長脈沖激光器長脈沖激光器泵浦功率有很短時間間隔的關(guān)斷以減小熱影響。泵浦功率有很短時間間隔的關(guān)斷以減小熱影響。具有較大的輸出功率，適用于激光打標、切割、測距等。常見的脈具有較大的輸出功率，適用于激光打標、切割、測距等。常見的脈沖激光器有釔鋁石榴石激光器、紅寶石激光器、釹玻璃激光器、氮沖激光器有釔鋁石榴石激光器、紅寶石激光器、釹玻璃激光器、氮分子激光器和準分子激光器等。分子激光器和準分子激光器等。6脈沖激光器工作原理脈沖激光器工作原理q脈沖激光器中，在泵浦激勵過程中，當工作物質(zhì)中反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密脈沖激光器中，在泵浦激勵過程中，當工作物質(zhì)中反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度度

4、n 增加到閾值增加到閾值 nt時就產(chǎn)生激光，形成第一個激光尖峰；時就產(chǎn)生激光，形成第一個激光尖峰；q當當 n 超過超過 nt 時，隨著受激輻射的增強，上能級粒子數(shù)大量消時，隨著受激輻射的增強，上能級粒子數(shù)大量消耗，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)耗，反轉(zhuǎn)粒子數(shù) n 迅速下降，直到迅速下降，直到 n 低于閾值低于閾值 nt 時，激光時，激光振蕩迅速衰減；振蕩迅速衰減；q然后泵浦的抽運又使上能級逐漸積累粒子形成第二個激光尖峰；然后泵浦的抽運又使上能級逐漸積累粒子形成第二個激光尖峰；q如此不斷重復(fù)，便產(chǎn)生一系列小的尖峰脈沖。如此不斷重復(fù)，便產(chǎn)生一系列小的尖峰脈沖。激光激光Q Q開關(guān)技術(shù)概論開關(guān)技術(shù)概論7脈沖激光器輸出特點

5、脈沖激光器輸出特點q由于每個激光脈沖都是在閾值附近產(chǎn)生的，所以輸出脈沖的峰值由于每個激光脈沖都是在閾值附近產(chǎn)生的，所以輸出脈沖的峰值功率較低，一般為幾十千瓦數(shù)量級。增大輸入能量時，只能使尖功率較低，一般為幾十千瓦數(shù)量級。增大輸入能量時，只能使尖峰脈沖的數(shù)目增多，而不能有效地提高峰值功率水平；峰脈沖的數(shù)目增多，而不能有效地提高峰值功率水平；q在泵浦燈閃光的整個時間寬度中，激光出現(xiàn)的時間較早，結(jié)束較在泵浦燈閃光的整個時間寬度中，激光出現(xiàn)的時間較早，結(jié)束較晚，整個激光脈沖寬度很寬；晚，整個激光脈沖寬度很寬；q激光脈沖不夠平滑。激光脈沖不夠平滑。激光激光Q Q開關(guān)技術(shù)概論開關(guān)技術(shù)概論8調(diào)調(diào)Q技術(shù)原理技

6、術(shù)原理q通過某種方法使諧振腔的損耗通過某種方法使諧振腔的損耗 (或或Q值值)按照規(guī)定的程序變化，按照規(guī)定的程序變化，在泵浦激勵剛開始時，先使光腔具有高損耗在泵浦激勵剛開始時，先使光腔具有高損耗 ，激光器由于閾值，激光器由于閾值高而不能產(chǎn)生激光振蕩，于是亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)便可以積累到較高而不能產(chǎn)生激光振蕩，于是亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)便可以積累到較高的水平；高的水平；q然后在適當時刻，使腔的損耗突然降低到然后在適當時刻，使腔的損耗突然降低到 ，閾值也隨之突然降，閾值也隨之突然降低，此時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)大大超過閾值，受激輻射極為迅速地增強；低，此時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)大大超過閾值，受激輻射極為迅速地增強；q于是于是, 在極

7、短時間內(nèi)，上能級儲存的大部分粒子的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぴ跇O短時間內(nèi)，上能級儲存的大部分粒子的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榧す饽芰?，在輸出端有一個強的激光巨脈沖輸出。光能量，在輸出端有一個強的激光巨脈沖輸出。q采用調(diào)采用調(diào)Q技術(shù)很容易獲得峰值功率高于兆瓦，脈寬為幾十毫微秒技術(shù)很容易獲得峰值功率高于兆瓦，脈寬為幾十毫微秒的激光巨脈沖。的激光巨脈沖。激光激光Q Q開關(guān)技術(shù)概論開關(guān)技術(shù)概論9調(diào)調(diào)Q技術(shù)技術(shù)q凡能使諧振腔損耗發(fā)生突變的元件都能用作凡能使諧振腔損耗發(fā)生突變的元件都能用作Q開關(guān)；開關(guān)；q常用調(diào)常用調(diào)Q方法有方法有電光調(diào)電光調(diào)Q、聲光調(diào)聲光調(diào)Q和飽和吸收調(diào)和飽和吸收調(diào)Q等；等；q前兩種方法中諧振腔損耗由外部驅(qū)動源控制，

8、稱為主動調(diào)前兩種方法中諧振腔損耗由外部驅(qū)動源控制，稱為主動調(diào)Q。后一種方法中，諧振腔損耗取決于腔內(nèi)激光光強，因。后一種方法中，諧振腔損耗取決于腔內(nèi)激光光強，因此稱為被動調(diào)此稱為被動調(diào)Q。激光激光Q Q開關(guān)技術(shù)概論開關(guān)技術(shù)概論10電光效應(yīng)電光效應(yīng)q某些晶體在外加電場作用下，其折射率發(fā)生變化，使通過晶體的某些晶體在外加電場作用下，其折射率發(fā)生變化，使通過晶體的不同偏振方向的光之間產(chǎn)生位相差，從而使光的偏振狀態(tài)發(fā)生變不同偏振方向的光之間產(chǎn)生位相差，從而使光的偏振狀態(tài)發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為化的現(xiàn)象稱為電光效應(yīng)電光效應(yīng)。q電光晶體中折射率的變化和電場成正比的效應(yīng)稱為電光晶體中折射率的變化和電場成正比的效應(yīng)稱

9、為普克爾效應(yīng)普克爾效應(yīng)，折射率的變化和電場強度平方成正比的效應(yīng)稱為折射率的變化和電場強度平方成正比的效應(yīng)稱為克爾效應(yīng)克爾效應(yīng)。電光。電光調(diào)調(diào)Q就是利用晶體的就是利用晶體的普克爾效應(yīng)普克爾效應(yīng)來實現(xiàn)來實現(xiàn)Q突變的方法突變的方法q最常用的電光晶體主要有最常用的電光晶體主要有KH2PO4、LiTaO3、LiNdO3等等電光電光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)11電光電光Q Q開關(guān)原理開關(guān)原理電光電光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)12電光電光Q Q開關(guān)原理開關(guān)原理q未加電場前晶體的折射率主軸未加電場前晶體的折射率主軸 x，y，z ；q沿晶體光軸方向沿晶體光軸方向 z 施加一外電場施加一外電場 E

10、 ，由于普克爾效應(yīng)，主軸變?yōu)?，由于普克爾效?yīng)，主軸變?yōu)閤，y，z；q令光束沿令光束沿 z 軸方向傳播，經(jīng)偏振器后變?yōu)槠叫杏谳S方向傳播，經(jīng)偏振器后變?yōu)槠叫杏?x 軸的線偏振光，軸的線偏振光，入射到晶體表面時分解為等幅的入射到晶體表面時分解為等幅的 x和和y方向的偏振光；在晶體中方向的偏振光；在晶體中二者具有不同的折射率二者具有不同的折射率 ；q經(jīng)過晶體長度經(jīng)過晶體長度 d 距離后，二偏振分量產(chǎn)生了相位差距離后，二偏振分量產(chǎn)生了相位差 ；電光電光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)13電光電光Q Q開關(guān)原理開關(guān)原理q當當 = /2 時，所需電壓稱作四分之一波電壓，記作時，所需電壓稱作四分之一波電壓，

11、記作V /4；電光晶電光晶體上施以電壓體上施以電壓 V /4 時，從偏振器出射的線偏振光經(jīng)電光晶體后，時，從偏振器出射的線偏振光經(jīng)電光晶體后，沿沿 x和和 x方向的偏振分量產(chǎn)生了方向的偏振分量產(chǎn)生了 /2 位相延遲，經(jīng)全反射鏡反射位相延遲，經(jīng)全反射鏡反射后再次通過電光晶體后又將產(chǎn)生后再次通過電光晶體后又將產(chǎn)生 = /2 延遲，合成后雖仍是線偏延遲，合成后雖仍是線偏振光，但偏振方向垂直于偏振器的偏振方向，因此不能通過偏振振光，但偏振方向垂直于偏振器的偏振方向，因此不能通過偏振器。器。q這種情況下諧振腔的損耗很大，處于低這種情況下諧振腔的損耗很大，處于低Q值狀態(tài)，激光器不能振值狀態(tài)，激光器不能振蕩

12、，激光上能級不斷積累粒子；蕩，激光上能級不斷積累粒子；q如果在某一時刻，突然撤去電光晶體兩端的電壓，則諧振腔突變?nèi)绻谀骋粫r刻，突然撤去電光晶體兩端的電壓，則諧振腔突變至低損耗、高至低損耗、高Q值狀態(tài)，于是形成巨脈沖激光。值狀態(tài)，于是形成巨脈沖激光。電光電光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)14電光電光Q Q開關(guān)技術(shù)特點開關(guān)技術(shù)特點q開關(guān)時間短開關(guān)時間短(約約 10-9s )，屬快開關(guān)類型，適用于脈沖激光器，是目，屬快開關(guān)類型，適用于脈沖激光器，是目前使用最廣泛的一種前使用最廣泛的一種Q開關(guān)；開關(guān)；q可以獲得脈寬窄、峰值功率高的巨脈沖。典型的可以獲得脈寬窄、峰值功率高的巨脈沖。典型的 Nd3+

13、 :YAG 電電光調(diào)光調(diào)Q激光器的輸出光脈沖寬度為激光器的輸出光脈沖寬度為 10-20ns，峰值功率可達數(shù)兆瓦，峰值功率可達數(shù)兆瓦至數(shù)十兆瓦；而對于釹玻璃調(diào)至數(shù)十兆瓦；而對于釹玻璃調(diào)Q激光器，不難獲得數(shù)百兆瓦的峰激光器，不難獲得數(shù)百兆瓦的峰值功率。值功率。電光電光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)15聲光介質(zhì)聲光介質(zhì)q當聲波在某些介質(zhì)中傳播時，該介質(zhì)會產(chǎn)生與聲波信號相應(yīng)的、當聲波在某些介質(zhì)中傳播時，該介質(zhì)會產(chǎn)生與聲波信號相應(yīng)的、隨時間和空間周期變化的彈性形變，從而導(dǎo)致介質(zhì)折射率的周期隨時間和空間周期變化的彈性形變，從而導(dǎo)致介質(zhì)折射率的周期變化，形成等效的位相光柵。光束射經(jīng)此介質(zhì)時發(fā)生衍射，一部

14、變化，形成等效的位相光柵。光束射經(jīng)此介質(zhì)時發(fā)生衍射，一部分光偏離原來方向。分光偏離原來方向。q常用的聲光介質(zhì)有熔融石英、鉬酸鉛及重火石玻璃等。常用的聲光介質(zhì)有熔融石英、鉬酸鉛及重火石玻璃等。聲光聲光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)16布喇格衍射布喇格衍射聲光聲光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)現(xiàn)象現(xiàn)象：透射光束分裂為：透射光束分裂為0級與級與+1級或級或-1級衍射光，級衍射光，+1級或級或-1級衍射光與聲波級衍射光與聲波波面的夾角亦為波面的夾角亦為 。17布喇格衍射條件布喇格衍射條件q當聲波頻率較高；當聲波頻率較高；q聲光作用長度聲光作用長度 d 足夠大足夠大q入射光波與聲波波面的夾角滿入

15、射光波與聲波波面的夾角滿聲光聲光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)聲波波長聲波波長 光波波長光波波長獲得高衍射效率的方法：提高超聲驅(qū)動功獲得高衍射效率的方法：提高超聲驅(qū)動功18聲光開關(guān)原理聲光開關(guān)原理q聲光聲光Q開關(guān)由一塊對激光波長透明的聲光介質(zhì)及換能器組成，換開關(guān)由一塊對激光波長透明的聲光介質(zhì)及換能器組成，換能器的作用是將高頻信號轉(zhuǎn)換為超聲波；能器的作用是將高頻信號轉(zhuǎn)換為超聲波；q聲光開關(guān)置于激光器中，在超聲場作用下發(fā)生衍射，由于一級衍聲光開關(guān)置于激光器中，在超聲場作用下發(fā)生衍射，由于一級衍射光偏離諧振腔而導(dǎo)致?lián)p耗增加，從而使激光振蕩難以形成，激射光偏離諧振腔而導(dǎo)致?lián)p耗增加，從而使激光振蕩難

16、以形成，激光高能級大量積累粒子。若這時突然撤除超聲場，則衍射效應(yīng)即光高能級大量積累粒子。若這時突然撤除超聲場，則衍射效應(yīng)即刻消失，諧振腔損耗突然下降，激光巨脈沖遂即形成?？滔?，諧振腔損耗突然下降，激光巨脈沖遂即形成。聲光聲光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)19聲光聲光Q Q開關(guān)技術(shù)特點開關(guān)技術(shù)特點q聲光調(diào)聲光調(diào)Q開關(guān)時間一般小于光脈沖建立時間，屬快開關(guān)類型；開關(guān)時間一般小于光脈沖建立時間，屬快開關(guān)類型；q由于開關(guān)的調(diào)制電壓只需由于開關(guān)的調(diào)制電壓只需100多伏，所以可用于低增益的連續(xù)激多伏，所以可用于低增益的連續(xù)激光器，可獲得峰值功率幾百千瓦、脈寬約為幾十納秒的高重復(fù)率光器，可獲得峰值功率幾

17、百千瓦、脈寬約為幾十納秒的高重復(fù)率巨脈沖；巨脈沖；q聲光開關(guān)對高能量激光器的開關(guān)能力差，不宜用于高能調(diào)聲光開關(guān)對高能量激光器的開關(guān)能力差，不宜用于高能調(diào)Q激光激光器。器。聲光聲光Q Q開關(guān)原理及技術(shù)開關(guān)原理及技術(shù)20多縱模疊加特性多縱模疊加特性q一般一般非均勻加寬非均勻加寬激光器，如果不采取特殊選模措施，激光器，如果不采取特殊選模措施，總是得到總是得到多縱模輸出多縱模輸出，相鄰兩個縱模的角頻率差，相鄰兩個縱模的角頻率差Lcqqqq)(211鎖模原理鎖模原理第第n個縱模的角頻率個縱模的角頻率 ,其中其中 是中心縱模的角頻率是中心縱模的角頻率 n0則：第則：第n個縱模輸出的電矢量為個縱模輸出的電矢

18、量為0ntnineEtE00)(其中，各個模式的振幅其中，各個模式的振幅 、初位相、初位相 均無確定關(guān)系，各均無確定關(guān)系，各個模式互不相干，因而激光輸出是它們的無規(guī)疊加的結(jié)果，個模式互不相干，因而激光輸出是它們的無規(guī)疊加的結(jié)果，輸出強度隨時間無規(guī)則起伏。輸出強度隨時間無規(guī)則起伏。nEn21q設(shè)各模式的振幅相等，則設(shè)各模式的振幅相等，則n個縱模疊加后的電矢量個縱模疊加后的電矢量ntninntneEtEE00)(鎖模原理鎖模原理設(shè)光在腔內(nèi)往復(fù)一周的時間設(shè)光在腔內(nèi)往復(fù)一周的時間 ,cLT/2則：則：其中其中 是整數(shù)，則：是整數(shù)，則：n0nitniEaaaaaaaTtniETtEnnnn0000000

19、02expexpexp)(nnntEtniETtE)(exp)(000000因此，因此，E是一個以是一個以T為周期的函數(shù)。為周期的函數(shù)。 ,22q設(shè)各個縱模的初相位相同，設(shè)各個縱模的初相位相同，00n鎖模原理鎖模原理則：則：設(shè)縱模數(shù)目是奇數(shù)，則：設(shè)縱模數(shù)目是奇數(shù)，則：tiwtniettNEeEtENN0212102sin2sin)(00tnineEtE00)(23q光強為：光強為：2sin2sin)()()(2220ttNEtEtEtIL鎖模原理鎖模原理當當t=0, T, 2T, 時，時，NttN2sin2sin22得到：得到：202)(ENtIL24結(jié)論結(jié)論q由于各縱模的相位鎖定，鎖模激光器

20、可以輸出一周期由于各縱模的相位鎖定，鎖模激光器可以輸出一周期2L/c 的光脈沖序列；的光脈沖序列；q峰值功率較未鎖定時大峰值功率較未鎖定時大 N倍，一般峰值功率達到幾千兆瓦是不困倍，一般峰值功率達到幾千兆瓦是不困難的。難的。鎖模原理鎖模原理25q為了得到鎖模超短脈沖，須采取措施強制各縱模初位相保為了得到鎖模超短脈沖，須采取措施強制各縱模初位相保持確定關(guān)系，并使相鄰模頻率間隔相等；持確定關(guān)系，并使相鄰模頻率間隔相等；q前采用的鎖模方法可分為前采用的鎖模方法可分為主動鎖模主動鎖模與與被動鎖模被動鎖模兩類兩類q主動鎖模又可分為主動鎖模又可分為振幅調(diào)制鎖模振幅調(diào)制鎖模和和相位調(diào)制鎖模相位調(diào)制鎖模鎖模技

21、術(shù)鎖模技術(shù)26q如果在腔內(nèi)插入一個振幅調(diào)制器，其調(diào)制頻率如果在腔內(nèi)插入一個振幅調(diào)制器，其調(diào)制頻率)2( Lc鎖模技術(shù)鎖模技術(shù)未加調(diào)制前，增益曲線中心附近的縱模電矢量可寫為：未加調(diào)制前，增益曲線中心附近的縱模電矢量可寫為： tEtEccos0加調(diào)制前，電矢量以頻率加調(diào)制前，電矢量以頻率 周期變化，設(shè)其按周期變化，設(shè)其按余弦函數(shù)變化，則：余弦函數(shù)變化，則：)2( Lc tftMEtEc2cos2cos10M為調(diào)制度，大小決定于調(diào)制信號的大小，將上式展開得：為調(diào)制度，大小決定于調(diào)制信號的大小，將上式展開得：振幅調(diào)制主動鎖模振幅調(diào)制主動鎖模27鎖模技術(shù)鎖模技術(shù) tfMEtfMEtEtEcc2cos22

22、cos22cos0000振幅調(diào)制主動鎖模振幅調(diào)制主動鎖模q可見，調(diào)制的結(jié)果使中心縱模振蕩不僅包含原有頻率可見，調(diào)制的結(jié)果使中心縱模振蕩不僅包含原有頻率 的成的成分，還含有頻率為分，還含有頻率為 ，初位相不變的兩個邊帶，邊帶，初位相不變的兩個邊帶，邊帶的頻率正好等于無源腔中的鄰模頻率。的頻率正好等于無源腔中的鄰模頻率。q這就是說，在激光器中，一旦在增益曲線的某個頻率這就是說，在激光器中，一旦在增益曲線的某個頻率 形成形成振蕩，將同時激起兩個相鄰模式的振蕩，這兩個相鄰模幅度振蕩，將同時激起兩個相鄰模式的振蕩，這兩個相鄰模幅度調(diào)制的結(jié)果又將產(chǎn)生新的邊頻，因而激起頻率為調(diào)制的結(jié)果又將產(chǎn)生新的邊頻，因而

23、激起頻率為 模模式的振蕩，如此繼續(xù)下去，直至線寬范圍內(nèi)的縱模均以同樣式的振蕩，如此繼續(xù)下去，直至線寬范圍內(nèi)的縱模均以同樣的相位振動起來，也就是它們的相位同時被鎖定。的相位振動起來，也就是它們的相位同時被鎖定。0f00f2028q由于實際激光器為有源腔，有源腔中存在著由于實際激光器為有源腔，有源腔中存在著頻率牽引頻率牽引和和頻率推斥頻率推斥效應(yīng)效應(yīng)，所以自由振蕩的各縱模頻率和調(diào)制后產(chǎn)生的諸邊帶頻率有，所以自由振蕩的各縱模頻率和調(diào)制后產(chǎn)生的諸邊帶頻率有一微小的差別，自由振蕩的相鄰縱模間隔不相等，諸模式的初位一微小的差別，自由振蕩的相鄰縱模間隔不相等，諸模式的初位相也沒有確定的關(guān)系。但當二者的頻率差

24、別十分微小，邊帶振幅相也沒有確定的關(guān)系。但當二者的頻率差別十分微小，邊帶振幅足夠強時，發(fā)生注入鎖定效應(yīng)，自由振蕩模被抑制，或者說自由足夠強時，發(fā)生注入鎖定效應(yīng)，自由振蕩模被抑制，或者說自由振蕩模被中心縱模的諸邊帶所俘獲。振蕩模被中心縱模的諸邊帶所俘獲。q調(diào)由于調(diào)幅產(chǎn)生的相鄰縱模間的能量耦合使所有縱模都調(diào)由于調(diào)幅產(chǎn)生的相鄰縱模間的能量耦合使所有縱模都具有相同具有相同的初位相的初位相，即各，即各縱模的相位被鎖定縱模的相位被鎖定，且相鄰縱模頻率間隔均等于，且相鄰縱模頻率間隔均等于 f=c/2L ，于是各縱模相干疊加的結(jié)果產(chǎn)生超短脈沖，于是各縱模相干疊加的結(jié)果產(chǎn)生超短脈沖鎖模技術(shù)鎖模技術(shù)29q我們還可

25、以從另一角度來理解超短脈沖的形成。由于損耗調(diào)制的頻我們還可以從另一角度來理解超短脈沖的形成。由于損耗調(diào)制的頻率正好是率正好是 c/2L，損耗調(diào)制的周期正好是脈沖在腔內(nèi)往返一次所需，損耗調(diào)制的周期正好是脈沖在腔內(nèi)往返一次所需的時間的時間 T0 ( T0=2L /c )。則調(diào)制器損耗。則調(diào)制器損耗 是周期為是周期為T0 的函數(shù)：的函數(shù)：q設(shè)光信號在設(shè)光信號在 t1 時刻通過調(diào)制器，并且時刻通過調(diào)制器，并且 ，則在，則在t+T0 時刻時刻此信號將再次無損地通過調(diào)制器。對于此信號將再次無損地通過調(diào)制器。對于 t2 時刻通過調(diào)制器的光信時刻通過調(diào)制器的光信號而言，若號而言，若 ，則每次經(jīng)過調(diào)制器時都要損

26、失一部分能，則每次經(jīng)過調(diào)制器時都要損失一部分能量。這就意味著只有在損耗為零的時刻通過調(diào)制器的那部分光信量。這就意味著只有在損耗為零的時刻通過調(diào)制器的那部分光信號能形成振蕩，而光信號的其余部分因損耗大而被抑制，因此形號能形成振蕩，而光信號的其余部分因損耗大而被抑制，因此形成周期為成周期為 2L/c 的窄脈沖輸出。的窄脈沖輸出。鎖模技術(shù)鎖模技術(shù)振幅調(diào)制主動鎖模振幅調(diào)制主動鎖模30相位調(diào)制主動鎖模相位調(diào)制主動鎖模q相位調(diào)制又稱頻率調(diào)制。在激光器諧振腔內(nèi)插入一電光晶相位調(diào)制又稱頻率調(diào)制。在激光器諧振腔內(nèi)插入一電光晶體，利用晶體折射率隨外加電壓的變化，產(chǎn)生相位調(diào)制。體，利用晶體折射率隨外加電壓的變化，產(chǎn)

27、生相位調(diào)制。 設(shè)調(diào)制器在光通過的方向上長度設(shè)調(diào)制器在光通過的方向上長度L，外加調(diào)制信號電壓以，外加調(diào)制信號電壓以角頻率角頻率 周期變化，即：周期變化，即：tUumcos0m 則折射率的變化量為：則折射率的變化量為： tkUtn00cos 其中，其中，k表示比例系數(shù)，由調(diào)制器性質(zhì)決定。表示比例系數(shù)，由調(diào)制器性質(zhì)決定。鎖模技術(shù)鎖模技術(shù)31q則光通過調(diào)制器時產(chǎn)生的相位延遲則光通過調(diào)制器時產(chǎn)生的相位延遲 ，其值為：，其值為：q上式表明，除了在相位調(diào)制函數(shù)極值時通過調(diào)制器的那部分上式表明，除了在相位調(diào)制函數(shù)極值時通過調(diào)制器的那部分光信號不產(chǎn)生頻移外，其他時刻通過調(diào)制器的光信號均經(jīng)受光信號不產(chǎn)生頻移外，其

28、他時刻通過調(diào)制器的光信號均經(jīng)受不同程度的頻移；不同程度的頻移；q如果調(diào)制相位的周期與光在腔內(nèi)運行的周期一致，則經(jīng)受頻如果調(diào)制相位的周期與光在腔內(nèi)運行的周期一致，則經(jīng)受頻移的光信號每經(jīng)過調(diào)制器一次都要再次經(jīng)受頻移，最后因移移的光信號每經(jīng)過調(diào)制器一次都要再次經(jīng)受頻移，最后因移出增益曲線以外而猝滅。出增益曲線以外而猝滅。q只有那些在相位調(diào)制函數(shù)極值時通過調(diào)制器的光信號才能形只有那些在相位調(diào)制函數(shù)極值時通過調(diào)制器的光信號才能形成振蕩，因而產(chǎn)生超短光脈沖序列。成振蕩，因而產(chǎn)生超短光脈沖序列。 t tkdttdtdmsin鎖模技術(shù)鎖模技術(shù)32q在諧振腔中插入一薄層飽和吸收體在諧振腔中插入一薄層飽和吸收體(如染料盒如染料盒)可構(gòu)成被動鎖模激可構(gòu)成被動鎖模激光器。飽和吸收體的透過率與光強有關(guān)，如圖所示。光器。飽和吸收體的透過率與光強有關(guān)，如圖所示。被動鎖模被動鎖模鎖模技術(shù)鎖模技術(shù)q 將飽和吸收體放在諧振腔中，泵浦過程開始時，由于其吸收系數(shù)大，將飽和吸收體放在諧振腔中，泵浦過程開始時，由于其吸收系數(shù)大，諧振腔損耗很大，激光器不能起振。諧振腔損耗很大，激光器不能起振。q隨著激光工作物質(zhì)中反轉(zhuǎn)集居數(shù)的積累，放大的自發(fā)輻射逐漸增加，隨著激光工作物質(zhì)中反轉(zhuǎn)集居數(shù)的積累，放大的自發(fā)輻射逐漸增加，當光強與飽和吸收體的當光強與飽和吸收體的 Is