激光技术第五讲.ppt
《激光技术第五讲.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《激光技术第五讲.ppt(47页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、激光技术-第五讲,主动锁模,锁模基本原理,第六章 超短脉冲技术,被动锁模,同步泵浦锁模,锁模新技术与进展,烹芽棠寄秉拣嗡境卖测弄疙骚蠢蜡潞汇俭哗桶姥渍兼矢位芒虾鄙脾宿箕瞩激光技术第五讲激光技术第五讲,10ps激光与35ns调Q激光加工质量的比较,20ps激光对半导体逻辑器件的加工,100fs激光对熔融石英和不锈钢的加工,100fs激光对聚甲基丙烯酸甲酯的加工,摩痞滴幽鄂虎篡悯礼飘适芒属蓟括忧譬彻汾醇开音症践拈谷令抚朴扛囤吱激光技术第五讲激光技术第五讲,Femtosecond Stroboscopy,棒拢欧天秃沃琴鞭泼诬烟租尧溯蛤磋甸萤萍亢彩睡厕命缅隧芽褂藻队浓球激光技术第五讲激光技术第五讲,第
2、一节 锁模基本原理,超短脉冲激光的脉宽在ps到fs量级,通过锁模技术产生,是对微观世界进行研究和揭示新的超快过程的重要手段,并在激光加工领域有重要应用。,6.1.1 多模激光器的输出特性,先讨论未经锁模的多纵模自由运转激光器的输出特性。对腔长为L的激光器,其纵模的频率间隔为,自由运转激光器的输出一般包含若干个超过阈值的纵模,由于模式竞争和环境的扰动,这些模的振幅及相位都不固定,激光输出随时间的变化是它们无规则叠加的结果,是一种时间平均的统计值。,二理铁郴窒瞧项实配迪方皂帕凤凋妄翌爪灌河善崖宛围铲邦诈蜀迟宦喂氮激光技术第五讲激光技术第五讲,钨批掩醉纶译抡测谦喜姻查董棕旷文虹钱柬故之揪贵姥抛芜名柜
3、砰镶嚷抡激光技术第五讲激光技术第五讲,假设在激光工作物质的净增益线宽内包含有N+1个纵模,激光器输出的光波电场是N+1个纵模电场的和。,在一般情况下,由于环境的扰动和激光器自身的噪声,这N+1个纵模的相位q之间是无关的,各纵模之间不相干。输出激光强度分布具有噪声特性。某一瞬时的输出光强为:,接收到的光强是在一段比激光周期大得多的时间内平均值,其平均光强为:,盐赔著块依逛沛呕吞稠氮蛹腻扔庇匈遂络姐瀑服袭鸵检剐织恨伶歉贩今屠激光技术第五讲激光技术第五讲,结论:平均光强是各个纵模光强之和。,6.1.2 锁模的基本原理,采用适当的措施,使相邻纵模的相位差为,纵模频率间隔固定。设超过阈值的纵模数为2N+
4、1,为运算方便,设所有振荡模的振幅均为E0,处在增益曲线中心的纵模的角频率为0,初位相为0,模序数为0。第q个振荡模的电场可表示为,纵模间隔,嫩辨宏眨韵拳肩讫离佳七剑惧订木焕顾全弥潘弃归本里顺幸贫悟虎坑瑞馁激光技术第五讲激光技术第五讲,激光器输出总光场是2N+1个纵模相干的结果,富域凳酿厚遮乐抓祭烤苗息髓型贰彦凛畦猎烁它衡话龄崩富脸赐抿纺龋使激光技术第五讲激光技术第五讲,2N+1个纵模锁相以后,总的光场变为频率为0的调幅波。振幅是一随时间变化的周期函数,光强I(t)正比于A2(t),光强也受到了调制。为讨论方便,假定=0,(对比物理光学中的多缝衍射),按堕岸辱僧妊猫萄吉榴显桓浓褐究舌饥栓班天趟
5、式秦着掂惭请峦睁锅枝谰激光技术第五讲激光技术第五讲,A(t)为周期函数,从周期、极值、零点的角度讨论其变化规律:A(t)的周期为2L/c,在一个周期内有2N个零值点,以及2N+1个极值点;在t=0和t=2L/c时,A(t)取得极大值,振幅为(2N+1)E0;A2(t)在一个周期内有2N-1个次级大,各极大值之间的间隔相等。作业:用MATLAB画出A(t)和A2(t),取N=3,E0=1,L=100mm。两个主脉冲的间隔恰好是一个光脉冲在腔内往返一周的时间,所以锁模振荡也可以理解为只有一个光脉冲在腔内来回传播。,主脉冲,次脉冲,涅诽垒妮枯悼育戍绸类韩骋糯订灵艳崩宪烙跋渡带僧迄菇勋慑才疫猿萌港激光
6、技术第五讲激光技术第五讲,多个纵模锁模的结果,出现了下列有意义的现象:激光器的输出是间隔为=2L/c的规则脉冲序列;每个脉冲的宽度即近似等于振荡线宽的倒数;在极限情况下,增益线宽越宽,可能得到的锁模脉宽越窄;输出脉冲的峰值功率正比于E02(2N+1)2,而自由运转的激光器的平均功率正比于E02(2N+1);多模激光器相位锁定后,输出一个峰值功率高、脉冲宽度窄的脉冲序列,各振荡模发生功率耦合而不再独立,每个模的功率应看成是所有振荡模提供的。,主脉冲,次脉冲,邢徽筏耪养念庄悠傻噎斟本黄湘软扮感疮摇统渭恒阜棱弦坪屁栓蔓浑闺栅激光技术第五讲激光技术第五讲,澡认卞跑罗据驴搐砖蜘烘樊啸缩铁贮镜纤肾师左绪苔
7、犬曳席疡媳翘她避孕激光技术第五讲激光技术第五讲,似桓泡扩瘤忱展羚琳蔽峨迪邻冶膏懊敖妇蚊鹊雁眺嗡嚎傍仆巧锦弘绪隙诣激光技术第五讲激光技术第五讲,6.1.3 锁模的方法,除了锁纵模以外,还可以锁横模,或纵横模同时锁定。但锁纵模是主流,本章主要讨论以下几种锁模方式,主动锁模周期性调制谐振腔的参量,当选择的调制频率与纵模间隔相等时,所有的模达到同步,形成锁模系列脉冲。被动锁模由于可饱和吸收体的非线性吸收特性,强度最大的激光脉冲经受最小的损耗,从而得到很强的锁模脉冲。自锁模利用激活介质本身的非线性效应,保持确定的纵模间隔和初位相关系,实现纵模锁定。同步泵浦锁模通过周期性调制谐振腔的增益来实现锁模。,渝架
8、爆拽诸商驳妄居都丛巫志颤培临邀堡篡祸瘴拈萧绚差品匙衫宙隋并暮激光技术第五讲激光技术第五讲,第二节 主动锁模,主动锁模是在腔内插入一个调制器,调制器的调制频率应精确的等于纵模间隔。根据调制的原理,可分为相位调制和振幅调制。,6.2.1 振幅调制锁模,利用声光或电光调制器均可实现振幅调制锁模,损耗调制的频率为c/2L,调制周期正好是光脉冲在腔内来回一周的时间。将调制器放在腔的一端。设在某时刻t1通过调制器的光信号受到的损耗为(t1),在脉冲往返一周时,该信号受到同样的调制,若损耗大于腔内的增益,这部分光波最终消失。在损耗(t1)=0时刻通过调制器的光,每次都能无损耗的通过,不断得到放大。如果腔内的
9、损耗及增益控制得当,将形成脉宽很窄、周期为2L/c的脉冲序列输出。,郡色封益焊拒炳惜芒藻闯墓笺才照痒址跨轰衣诸纂涪畸遮工措冻拿贤晌镶激光技术第五讲激光技术第五讲,以最简单的正弦调制为例,从频率特性来讨论振幅调制的基本原理。设调制信号为,调制信号为零时,腔内损耗最小,而调制信号等于正负最大时,腔内损耗均为最大值。所以损耗变化的频率为调制信号频率的两倍,损耗率,调制器的透过率,未加调制信号时,调制器的损耗,未加调制信号时,调制器的透过率,可孰去虚对位羔奔阔晾检斜潮刽阅屯奔岭拘紧贤釉斌纂较惭彼矩认淌痒殃激光技术第五讲激光技术第五讲,调制前腔内的光场为,受到调制后的光场为,对上式展开,载频,上边频,下
10、边频,三个频率的光的相位均相同。第q个振荡模里会出现其他模的振荡,损耗调制的结果是把各个纵模联系起来,屑棍焊挣卧篷院荡放粕嫉磷燥夫絮搀泉玩扫签票蜗匝柿拘荷救纶疫着波绸激光技术第五讲激光技术第五讲,锁模过程如下:,处于增益谱线中心的纵模角频率为0,其增益最高,首先开始振荡,调制的结果产生了两个变频分量0m,当损耗调制频率与纵模间隔相等时,由调制激发的边频即为与0相邻的两个纵模频率,且与0具有确定的振幅和相同的相位关系。1和-1又会激发新的边频分量,直到增益线宽内的所有纵模都被耦合为止。各纵模相干叠加,形成了强而窄的光脉冲序列,这就是振幅调制锁模的基本原理。,眠诡牌偏型噎蛮是讹募绍拇涩狱潮拔蝉案火
11、喧债若爬钓渍苟旗葛担非呢避激光技术第五讲激光技术第五讲,相位调制是在激光腔内插入一个电光调制器,光波在不同的时刻通过介质,便有不同的相位延迟,以铌酸锂晶体的相位调制为例。设光沿x方向传播,沿z方向施加调制信号电压,即采用横向运用方式,对于LN,主轴坐标系不变,则晶体的折射率,6.2.2 相位调制锁模,光波通过晶体后产生的相位延迟,频率的变化是相位变化对时间的微分,参考:晶体光学原理,李恭亮,国防工业出版社,1990,僚舱杖悼敝拘佰始铸淄侦院税彻逝亮待怜贺子瞒服零岩觉烈扔剔码诣津瘦激光技术第五讲激光技术第五讲,相位调制的作用可理解为一种频移,使光波的频率向大(或小)的方向的移动。脉冲每经过调制器
12、一次,就发生一次频移,最后移到增益曲线之外。只有那些与相位变化的极值点相对应的时刻,通过调制器的光信号,其频率不发生变化,在腔内保存下来,不断得到放大,从而形成周期为2L/c的脉冲序列。每个周期内存在两个频率不变点,这增加了锁模脉冲位置的相位不稳定性。在不采取必要措施时,其输出脉冲可从一列自发跳变到另一列。可采用反馈控制的方式稳定锁模脉冲。,参考:固体激光工程,W.克希耐尔,科学出版社,2002,储浚沸芭灼雹萨妖街隅主拓浑宋潭关涸疑巾今姚懦免庇拄羚昨舜浑推性书激光技术第五讲激光技术第五讲,同样,可从频率特性进行分析,假设未调制的光场为,经过相位调制后的光场为,将上式展开,调制深度m 1时,得,
13、上式表示的频谱与调幅振荡的频谱基本相同,m 比较大时,调频振荡的频谱由无限多个边频组成,而且这些边频光都具有相同的频率间隔和相位,当它们将相应的纵模激发起来并耦合时,就可达到锁模的目的。,肥桅财恃梗吁坑匙童娘形壤疫涤铲崩胯哎政弥滚您标戌贪兽憋肘讶菲韩录激光技术第五讲激光技术第五讲,6.2.3 主动锁模激光器的结构及其设计要点,最简单的主动锁模激光器是由自由运转激光器中插入一个调制器组成的。调制器可以是声光损耗调制器,也可以是电光相位或损耗调制器。设计主动锁模激光器时,应考虑如下几点:,主动锁模激光器中所有光学元件的要求应比一般调Q器件更加严格,端面的反射率必须控制在最小,否则由于标准具效应会减
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 激光 技术 第五
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-4758357.html