光电子器件基础与技术_lecture5

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1、光电子器件原理与技术张伟利副教授E-mail:wl_zhang@uestc.eud.cn电子科技大学通信与信息工程学院科B209028-618306521第二章激光原理与技术选模技术-1.激光原理稳频技术-2.激光器种类调Q技术-3.激光技术注入锁定技术锁模技术2选模技术模式选择含有高阶横模的激光束光强分布不均匀，光束发散角大；含有多纵模的激光束干涉性差；因此如何设计改进激光谐振腔获得单模输出是一个重要课题分类：小孔光阑短腔法横模非稳腔行波腔纵模微调谐振腔选择性损耗3选模技术横模选择不同的横

2、模的光增益差别不大，但它们有不同的衍射损耗。尽量加大高阶模和基模之间的衍射损耗差，是实现单横模输出的基本原则4选模技术衍射损耗用菲涅尔数(N=a2/Lλ)反映谐振腔衍射损耗的大小；a表示反射镜半径，L表示腔长；δ，δ表0010示基模和高阶模的损耗菲涅尔数越大，模式鉴别能力越高，单模损耗越低5选模技术•小孔光阑选横模小孔小孔•非稳腔选横模（适用于高增益激光器选横模）•微调谐振腔（腔镜倾斜）6选模技术纵模选择扩大相邻纵模的增益差或人为引入损耗差缩短腔长行波腔0()gν激光工作物质∆νδoscl∆νF隔离器ννν7选模技术选择

3、性损耗法激光工作物质θd例：F-P标准具L0()在F-P腔增加标准具，gν利用多光束干涉实现δ对波长的选择lννT(ν)δν∆νjν8选模技术组合腔分布反馈GRATINGp-TYPEn-TYPE外腔DBRLDP-TYPEDBRDBRn-TYPE9稳频技术外界因素对频率稳定性的影响纵模频率——频率稳定性谐振腔几何长度变化：温度、振动折射率变化：温度，放电电流、驱动电流等，气压、湿度稳频基本原理：－稳定谐振腔光学长度•选择标准参考频率•获取误差信号•驱动电子伺服系统自动调节腔长10稳频技术兰姆凹陷稳频压电陶瓷：改变腔长直流:

4、调节单模激光器输出频率要求兰姆凹陷对称,窄且深交流信号:搜索信号，判断+,-11稳频技术饱和吸收稳频－反兰姆凹陷压电陶瓷吸收管内充气压:1~10Pa，低压气体吸收峰频率稳定性好β(ν1)12稳频技术无源腔稳频利用F-P干涉仪的透射峰，原理与反兰姆凹陷法相似13调Q技术调Q目的压窄光脉冲宽度,使有限的激光能量在极短的时间内输出以提高脉冲峰值功率调Q基本思路抑制弛豫振荡,使激光在粒子数翻转达到最大时的极短时间内发生；通过某种方法使腔内损耗按规定的程序变化调Q－调腔内损耗Q开关－执行调Q功能的器件14调Q技术规定程序=加入

5、阶跃变化的损耗泵浦激励期间(激光产生之前)：Q开关关闭高损耗,(低Q),反转粒子数积累在适当时刻(?)：Q开关打开,低损耗,(高Q),受激辐射放大形成巨脉冲15调Q技术电光调Q在电光晶体上加电压，折射率变化引起偏振态变化，该种方法控制内腔损耗电光开关速度快(ns量级)，获得脉冲峰值功率高、脉宽窄;声光调Q不适于高能调Q(对高能激光开关能力差)被动调Q腔内引入饱和吸收体（吸收率随光强增加而跳变）16注入锁定技术连续激光注入锁定在一连续激光振荡器中注入一弱的单色激光信号v1，若注入光信号频率足够接近激光器自由振荡频率v，则激

6、光振荡模式频率变为v1脉冲激光注入锁定在调Q或增益开关激光器启动过程中注入一弱信号，可使频率与注入频率最近的模式先起振，其它模式被抑制注入信号强度远远超过自发辐射噪声17锁模技术多模激光器的输出特性自由运转（非锁模）激光器的输出一般包含若干个超过阈值的纵模每个纵模的电场表达式E(t)=Ecos(ωt+ϕ)qqqqi(ωqt+ϕq)总的输出E(t)=∑Eqeϕq+1−ϕq≠a常数q各纵模振幅、频率、初相不同，输出为多个纵模无规叠加的结果18锁模技术锁模原理：多纵模相位锁定ϕq+1−ϕq=a锁模物理机制：采取措施使腔内各个纵

7、模的初始相位保持一致或各纵模间有确定的相位关系,输出为等间隔短脉冲序列举例:三个纵模锁定后的光波叠加E=Ecos(2πνt)101ν,ν,νν=2ν,ν=3ν1232131E=Ecos(4πνt)201E=E=E=E,ϕ=ϕ=ϕ=01230123E=Ecos(6πνt)30119锁模技术E(t)0I(t)01/3ν12/3ν1ν1t=03EEEE1230===EE=0极大值11t=EE1=2=−==EEE03,00E极小值32ν121t=EE==−==EEE,0E极小值1203032ν1t=νEEEE===EE=3极大值

8、11230020锁模技术振幅调制(AM)法锁模（损耗调制锁模）振幅调制器E1(t)E2(t)ω0−Ωω0ω0+Ω工作物质E3(t)∆ω=πvL=ΩqE(t)=(E+EcosΩt)cos(ωt+ϕ)E(t)=E(1+McosΩt)cos(ωt+ϕ)00m0000a00ME(t)=Ecos(ωt+ϕ)+aEcos[(ω+