激光原理锁模技术ppt课件.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=1 mm2,输出镜透过率为T0.01,激活介质的多普勒线宽为950MHz,饱和参数为Is=50 w/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=1000.75=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。,M1,二、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、非线性吸收：染料被漂白，强脉冲被迅速放大，弱脉冲被吸收,3、非线性放大：工作物质对留下的强脉冲进行非线性放大，使脉宽被压缩,线性放大,非线性 吸收,非线性 吸收,非线性 放大,