鎖模技術-激光原理-課件-10

1、1 鎖模原理一、鎖?；靖拍顚⒍嗫v模激光器中各縱模的初相位關系固定,形成等時間間隔的光脈沖序列二、輸出功率P0:一個縱模的輸出功率N:縱模個數(shù):相鄰兩縱模圓頻率間隔:相鄰兩縱模的相位差第十章 鎖模技術1 鎖模原理一、鎖?；靖拍顚⒍嗫v模激光器中各縱模的初第q模的光場為合光場為證 設腔內共有N=2n+1個縱模,第q=0模的圓頻率、初相位為:0、0;第q模為:q=0+q、q= 0 +q第q模的光場為合光場為證 設腔內共有N=2n+1個輸出功率三、鎖模激光器工作特性輸出功率三、鎖模激光器工作特性1、峰值功率Pm=N2P02、重復周期與重復頻率證02aP(N=4)a=0、2、4時P達最大a=2/N、4

2、/N時P=0光在腔內往返一周所用時間(1)重復周期1、峰值功率Pm=N2P02、重復周期與重復頻率證02aP3、脈寬(光脈沖持續(xù)時間的一半)a1=t1+a2=t2+a2 a1 =(t2-t1)= T=2證(2)重復頻率證另有3、脈寬(光脈沖持續(xù)時間的一半)a1=t1+a2=t21 2 3 4 5 6 7 8 9(N=4)1234569871 2 3 4 5 6 7 8 9(N=4)例1 He-Ne激光器的諧振腔長L=1.5m, 截面積S=1 mm2,輸出鏡透過率為T0.01, 激活介質的多普勒線寬為950MHz, 飽和參數(shù)為Is=50 w/mm2,現(xiàn)將此激光器激活，激發(fā)參數(shù)=2,求:滿足起振條

3、件的模式數(shù)總輸出功率(無模式競爭,各模式輸出功率均按中心頻率輸出功率計)鎖模后的光脈沖峰值功率、重復周期、脈寬。 解例1 He-Ne激光器的諧振腔長L=1.5mPm=N2P0=1000.75=75w或Pm=N2P0=1000.75=75w或一、主動式鎖模2 鎖模激光器1、定義在腔內插入一個受外界信號控制的調制器，周期性改變振蕩模式的某個參量而實現(xiàn)鎖模的方法2、振幅(損耗)調制鎖模：聲光鎖模(1)概念使用聲光調制器調制諧振腔損耗，當電調制頻率為f=c/4L時,損耗調制頻率為f=c/2L，可獲重復頻率也為f的激光脈沖系列一、主動式鎖模2 鎖模激光器1、定義在腔內插入一個受外激光介質聲光器件全反鏡輸

4、出鏡激光(2)裝置(3)時域原理外加電調制信號腔損耗率o:腔平均損耗率, :損耗率變化幅度, :損耗頻率U0:調制電壓幅度， :調制頻率調制電信號為零時，損耗最小，調制電信號為極值時，損耗最大，故損耗頻率是調制頻率的兩倍激光介質聲光器件全反鏡輸出鏡激光(2)裝置(3)時域原理外調制器透過率To:平均透過率，T：透過率變化的幅度損耗最小時透過率最大，損耗最大時透過率最小透過率最大時，輸出光脈沖，輸出光脈沖的重復頻率與重復周期為調制器透過率To:平均透過率，T：透過率變化的幅度損耗最tU(t)(t)T(t)tttI(t)U(t):驅動聲光器件的外加調制電信號(t):腔損耗率T(t):調制器透過率I

5、(t):鎖模激光輸出波形(4)調制曲線0T0TtU(t)(t)T(t)tttI(t)U(t):驅動聲光器(5)頻域原理增益曲線中心頻率處的縱模首先起振，光場為E0:光場振幅，0:頻率,0:初位相聲光器件對起振縱模進行振幅調制，調制光場為:調幅系數(shù), A=E0T0:調制后的光場振幅 (5)頻域原理增益曲線中心頻率處的縱模首先起振，光場為E0調制結果，使中心縱模產(chǎn)生初位相一樣、頻率為0的兩個邊模兩個邊模再產(chǎn)生新邊模，直至振蕩線寬內所有縱模都被耦合形成脈沖系列輸出。00+ 0- 調制結果，使中心縱模產(chǎn)生初位相一樣、頻率為0的兩個邊3、相位(頻率)調制模鎖:電光鎖模(1)概念使用電光晶體折射率隨外加電

6、壓的變化對激光進行相位調制，調制頻率為f=c/2L時，可以獲重復頻率也為f的激光脈沖系列激光介質 激光全反鏡輸出鏡起偏鏡檢偏鏡LNxzyUz(2)裝置3、相位(頻率)調制模鎖:電光鎖模(1)概念使用電光晶體折射(3)時域原理外加電調制信號電光晶體中的電場U0:調制電壓幅度, : 調制頻率d:晶體沿電場方向的長度折射率變化量33:LN晶體有效電光系數(shù)相移l:晶體沿通光方向的長度(3)時域原理外加電調制信號電光晶體中的電場U0:調制電光的頻移為相位相移頻移頻移為零時，光信號可輸出形成光脈沖，頻移不為零時，光信號經(jīng)頻移積累，移出增益曲線而熄滅證存在兩組無關的脈沖系列，對應于相移波形的極大值與極小值，

7、隨機輸出其中任意一組光的頻移為相位相移頻移頻移為零時，光信號可輸出形成光脈沖tU(t),n(t),(t)tI(t)t(t)U(t):驅動電光器件的調制電信號n(t)、(t):電光效應引起折射率變化和相移的波形I(t):鎖模激光輸出波形(t):光的頻移波形(4)調制曲線tU(t),n(t),(t)tI(t)t(t)U(5)頻域原理增益曲線中心頻率處的縱模首先起振，光場為E0:光場振幅，0:頻率,0:初位相電光器件對起振縱模進行相位調制，調制光場為:調相系數(shù)(5)頻域原理增益曲線中心頻率處的縱模首先起振，光場為E0調制結果，使中心縱模產(chǎn)生初位相一樣、頻率為0的兩個邊模兩個邊模再產(chǎn)生新邊模，直至振蕩線寬內所有縱模都被耦合形成脈沖系列輸出。00+ 0- M1調制結果，使中心縱模產(chǎn)生初位相一樣、頻率為0的兩個邊二、被動式鎖模(染料鎖模)激光介質染料盒全反鏡輸出鏡激光1、線性放大：泵浦剛開始，工作物質對產(chǎn)生的諸多光脈沖進行線性放大2、非線性吸收：染料被漂白，強脈沖被迅速放大，弱脈沖被吸收3、非線性放大：工作物質對留下的強脈沖進行非線性放大，使脈寬被壓縮二、被動式鎖模(染料鎖模)激光介質染料