鎖模技術(shù)-激光原理-課件-10

1、1 鎖模原理一、鎖模基本概念將多縱模激光器中各縱模的初相位關(guān)系固定,形成等時(shí)間間隔的光脈沖序列二、輸出功率P0:一個(gè)縱模的輸出功率N:縱模個(gè)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(shù)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(chǎng)為合光場(chǎng)為證 設(shè)腔內(nèi)共有N=2n+1個(gè)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(chǎng)為合光場(chǎng)為證 設(shè)腔內(nèi)共有N=2n+1個(gè)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(fù)周期與重復(fù)頻率證02aP(N=4)a=0、2、4時(shí)P達(dá)最大a=2/N、4

2、/N時(shí)P=0光在腔內(nèi)往返一周所用時(shí)間(1)重復(fù)周期1、峰值功率Pm=N2P02、重復(fù)周期與重復(fù)頻率證02aP3、脈寬(光脈沖持續(xù)時(shí)間的一半)a1=t1+a2=t2+a2 a1 =(t2-t1)= T=2證(2)重復(fù)頻率證另有3、脈寬(光脈沖持續(xù)時(shí)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(zhǎng)L=1.5m, 截面積S=1 mm2,輸出鏡透過(guò)率為T0.01, 激活介質(zhì)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(wú)模式競(jìng)爭(zhēng),各模式輸出功率均按中心頻率輸出功率計(jì))鎖模后的光脈沖峰值功率、重復(fù)周期、脈寬。 解例1 He-Ne激光器的諧振腔長(zhǎng)L=1.5mPm=N2P0=1000.75=75w或Pm=N2P0=1000.75=75w或一、主動(dòng)式鎖模2 鎖模激光器1、定義在腔內(nèi)插入一個(gè)受外界信號(hào)控制的調(diào)制器，周期性改變振蕩模式的某個(gè)參量而實(shí)現(xiàn)鎖模的方法2、振幅(損耗)調(diào)制鎖模：聲光鎖模(1)概念使用聲光調(diào)制器調(diào)制諧振腔損耗，當(dāng)電調(diào)制頻率為f=c/4L時(shí),損耗調(diào)制頻率為f=c/2L，可獲重復(fù)頻率也為f的激光脈沖系列一、主動(dòng)式鎖模2 鎖模激光器1、定義在腔內(nèi)插入一個(gè)受外激光介質(zhì)聲光器件全反鏡輸

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

5、(t):鎖模激光輸出波形(4)調(diào)制曲線0T0TtU(t)(t)T(t)tttI(t)U(t):驅(qū)動(dòng)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(chǎng)為E0:光場(chǎng)振幅，0:頻率,0:初位相聲光器件對(duì)起振縱模進(jìn)行振幅調(diào)制，調(diào)制光場(chǎng)為:調(diào)幅系數(shù), A=E0T0:調(diào)制后的光場(chǎng)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(chǎng)為E0調(diào)制結(jié)果，使中心縱模產(chǎn)生初位相一樣、頻率為0的兩個(gè)邊模兩個(gè)邊模再產(chǎn)生新邊模，直至振蕩線寬內(nèi)所有縱模都被耦合形成脈沖系列輸出。00+ 0- 調(diào)制結(jié)果，使中心縱模產(chǎn)生初位相一樣、頻率為0的兩個(gè)邊3、相位(頻率)調(diào)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(duì)激光進(jìn)行相位調(diào)制，調(diào)制頻率為f=c/2L時(shí)，可以獲重復(fù)頻率也為f的激光脈沖系列激光介質(zhì) 激光全反鏡輸出鏡起偏鏡檢偏鏡LNxzyUz(2)裝置3、相位(頻率)調(diào)制模鎖:電光鎖模(1)概念使用電光晶體折射(3)時(shí)域原理外加電調(diào)制信號(hào)電光晶體中的電場(chǎng)U0:調(diào)制電壓幅度, : 調(diào)制頻率d:晶體沿電場(chǎng)方向的長(zhǎng)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(zhǎng)度(3)時(shí)域原理外加電調(diào)制信號(hào)電光晶體中的電場(chǎng)U0:調(diào)制電光的頻移為相位相移頻移頻移為零時(shí)，光信號(hào)可輸出形成光脈沖，頻移不為零時(shí)，光信號(hào)經(jīng)頻移積累，移出增益曲線而熄滅證存在兩組無(wú)關(guān)的脈沖系列，對(duì)應(yīng)于相移波形的極大值與極小值，

7、隨機(jī)輸出其中任意一組光的頻移為相位相移頻移頻移為零時(shí)，光信號(hào)可輸出形成光脈沖tU(t),n(t),(t)tI(t)t(t)U(t):驅(qū)動(dòng)電光器件的調(diào)制電信號(hào)n(t)、(t):電光效應(yīng)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(diào)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(chǎng)為E0:光場(chǎng)振幅，0:頻率,0:初位相電光器件對(duì)起振縱模進(jìn)行相位調(diào)制，調(diào)制光場(chǎng)為:調(diào)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(chǎng)為E0調(diào)制結(jié)果，使中心縱模產(chǎn)生初位相一樣、頻率為0的兩個(gè)邊模兩個(gè)邊模再產(chǎn)生新邊模，直至振蕩線寬內(nèi)所有縱模都被耦合形成脈沖系列輸出。00+ 0- M1調(diào)制結(jié)果，使中心縱模產(chǎn)生初位相一樣、頻率為0的兩個(gè)邊二、被動(dòng)式鎖模(染料鎖模)激光介質(zhì)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(zhì)對(duì)產(chǎn)生的諸多光脈沖進(jìn)行線性放大2、非線性吸收：染料被漂白，強(qiáng)脈沖被迅速放大，弱脈沖被吸收3、非線性放大：工作物質(zhì)對(duì)留下的強(qiáng)脈沖進(jìn)行非線性放大，使脈寬被壓縮二、被動(dòng)式鎖模(染料鎖模)激光介質(zhì)染料