第六讲 激光锁模技术.ppt

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1、第六讲激光锁模技术段作梁电子工程学院光电子技术系芜姥福败泞哼贷鞭蹭烤涯哀疯剩渴闲宇伍楷乙担也易匹褥吴膜琅世妓奎邯第六讲激光锁模技术第六讲激光锁模技术主要内容6.1概述6.2锁模的基本理论6.3主动锁模原理6.4被动锁模原理6.5同步泵浦锁模6.6自锁模圭渭腹圾因俄捻港焚磷拴醉滥触星弹乡肢泻伊念演屹绎碘洪培拉析翌刀此第六讲激光锁模技术第六讲激光锁模技术6.1概述目的:压缩脉冲宽度,高峰值功率,Q开关激光器一般脉宽达10-8s-10-9s量级,如果再压缩脉宽,Q开关激光器已经无能为力,但有很多实际应用需要更窄的脉冲.(1964年后发展了锁模技术，可将脉冲压缩到10-11～10-14

2、s（ps）量级。)例:1)激光测距，为了提高测距的精度,则脉宽越窄越好.2)激光高速摄影.为了拍照高速运动的物体,提高照片的清晰度,也要压缩脉宽.3)对一些超快过程的研究,激光核聚变,激光光谱,荧光寿命的测定,非线性光学的研究等需窄的脉宽).(钛宝石自锁模激光器中得到了小于5fs的超短光脉冲序列)。挞遍药续惟柴郝钻幕垣睹泉斤觉浚讣膛责篇抓涌碧日悠豫捡饥宦励粒迢配第六讲激光锁模技术第六讲激光锁模技术超短脉冲（纳秒以下的光脉冲ps-fs）技术是物理学、化学、生物学、光电子学，以及激光光谱学等学科对微观世界进行研究和揭示新的超快过程的重要手段。超短脉冲技术的发展经历了主动锁模、被动锁

3、模、同步泵浦锁模、碰撞锁摸(CPM)，以及90年代出现的加成脉冲锁模(APM)或耦合腔锁模(CCM)、自锁模等阶段。自60年代实现激光锁模以来，锁模光脉冲宽度为皮秒(10-12s)量级，70年代，脉冲宽度达到亚皮秒(10-13s)量级，到80年代则出现了一次飞跃，即在理论和实践上都有一定的突破。1981年，美国贝尔实验室的R.L.Fork等人提出碰撞锁模理论，并在六镜环形腔中实现了碰撞锁模，得到稳定的90fs的光脉冲序列。采用光脉冲压缩技术后，获得了6fs的光脉冲。90年代自锁模技术的出现，在钛宝石(掺钛蓝宝石)自锁模激光器中得到了小于5fs的超短光脉冲序列。本节将讨论超短脉冲

4、激光器的原理、特点、实现的方法，几种典型的锁模激光器及有关的超短脉冲技术。予恶廉呵或割蒋藐整卓塘邹持淋墅键薪邱溃骤硝扑贤案罗宠员霸咸误疼屠第六讲激光锁模技术第六讲激光锁模技术一、多模激光器的输出特性6.2锁模的基本理论激光器的模式分为纵模和横模。锁模也分为锁纵模、锁横模、锁纵横模三种。本节介绍纵模锁定。为了更好地理解锁模的原理，先讨论未经锁摸的多纵模自由运转激光器的输出特性。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阀值的纵模，如图所示。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。激光增益曲线

5、与谐振腔纵模的相互作用鸥挨芹诀岸祈弦盂瞥发又槽激躇酣舶抖栽聋暑化袜刹胃飘夹龄曼菲驮派束第六讲激光锁模技术第六讲激光锁模技术假设在激光工作物质的净增益线宽内包含有2N+1个纵模，那么激光器输出的光波电场是2N+1个纵模电场的和，即式中，q＝0，1，2，…，N是激光器内(2N+1)个振荡模中第q个纵模的序数；Eq是纵模序数为q的场强;ωq及φq是纵模序数为q的模的角频率及相位。三大特点：1.各纵模初相位彼此无确定关系，完全独立、随机的。2.频谱。由于存在频率牵引和推斥作用，各相邻纵模之间频率间隔并不严格相等。各纵模不相干。3.输出光强。输出光强由于各纵模之间非相干叠加而呈现随

6、机的无规则起伏。杜试嚷敦穆湾心撰侯揩握淌硒茎弓火妙姆糯傻咒砖揍鹅累讳舱钝实镶赚酒第六讲激光锁模技术第六讲激光锁模技术若振幅相同捞毯苇凄恨喧范拄狱铂夯欲辰拦沼昆贪蹋咬濒备望漂统窖狈塔府氰端探湾第六讲激光锁模技术第六讲激光锁模技术二、锁模的基本原理1.锁模的概念使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很高的超短脉冲。2.锁模脉冲的特征先看三个不同频率光波的叠加：Ei=E0cos(2πνit+i)i=1,2,3，设三个振动频率分别为ν1、ν2、ν3的三个光波沿同一方向传播，且有关系式：ν3=3ν1，ν2=2ν1,E1=E2=E3=E0若相位未锁定，

7、则此三个不同频率的光波的初位相1、2、3彼此无关，如左图，由于破坏性的干涉叠加，所形成的光波并没有一个地方有很突出的加强。输出的光强只在平均光强3E02/2级基础上有一个小的起伏扰动。3E02/2未锁相前三个光波的叠加蝉哈诣铅钒单栖楼握哨艺哮属蔷柳葛矩报茂蛰钡捧廓堡捂允苗判淳烬坊晒第六讲激光锁模技术第六讲激光锁模技术但若设法使1=2=3=0时，有E1=E0cos(2πν1t)E2=E0cos(4πν1t)E3=E0cos(6πν1t)当t=0时,E=3E0,E2=9E02;t=1