激光原理鎖模技術(shù)

§1

鎖模原理一、鎖?；靖拍顚⒍嗫v模激光器中各縱模的初相位關(guān)系固定,形成等時間間隔的光脈沖序列二、輸出功率P0:一個縱模的輸出功率N:縱模個數(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)第q模的光場為合光場為證設(shè)腔內(nèi)共有N=2n+1個縱模,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P達(dá)最大a=2/N、4/N…時P=0光在腔內(nèi)往返一周所用時間(1)重復(fù)周期3、脈寬(光脈沖持續(xù)時間的一半)a1=t1+a2=t2+a2–

a1=(t2-t1)=T=2證(2)重復(fù)頻率證另有123456789(N=4)123456987例1

He-Ne激光器的諧振腔長L=1.5m,截面積S=1mm2,輸出鏡透過率為T＝0.01,激活介質(zhì)的多普勒線寬為＝950MHz,飽和參數(shù)為Is=50w/mm2,現(xiàn)將此激光器激活，激發(fā)參數(shù)=2,求:①滿足起振條件的模式數(shù)②總輸出功率(無模式競爭,各模式輸出功率均按中心頻率輸出功率計)③鎖模后的光脈沖峰值功率、重復(fù)周期、脈寬。

解①Pm=N2P0=1000.75=75w③②或一、主動式鎖?！?

鎖模激光器1、定義在腔內(nèi)插入一個受外界信號控制的調(diào)制器，周期性改變振蕩模式的某個參量而實(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,損耗調(diào)制頻率為f=c/2L，可獲重復(fù)頻率也為f的激光脈沖系列激光介質(zhì)聲光器件全反鏡輸出鏡激光(2)裝置(3)時域原理①外加電調(diào)制信號②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)制電信號為零時，損耗最小，調(diào)制電信號為極值時，損耗最大，故損耗頻率是調(diào)制頻率的兩倍③調(diào)制器透過率To:平均透過率，T：透過率變化的幅度損耗最小時透過率最大，損耗最大時透過率最?、芡高^率最大時，輸出光脈沖，輸出光脈沖的重復(fù)頻率與重復(fù)周期為tU(t)(t)T(t)tttI(t)U(t):驅(qū)動聲光器件的外加調(diào)制電信號(t):腔損耗率T(t):調(diào)制器透過率I(t):鎖模激光輸出波形(4)調(diào)制曲線0T0T(5)頻域原理①增益曲線中心頻率處的縱模首先起振，光場為E0:光場振幅，0:頻率,

0:初位相②聲光器件對起振縱模進(jìn)行振幅調(diào)制，調(diào)制光場為:調(diào)幅系數(shù),A=E0T0:調(diào)制后的光場振幅③調(diào)制結(jié)果，使中心縱模產(chǎn)生初位相一樣、頻率為0±的兩個邊模④兩個邊模再產(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-

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壓的變化對激光進(jìn)行相位調(diào)制，調(diào)制頻率為f=c/2L時，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)時域原理①外加電調(diào)制信號②電光晶體中的電場U0:調(diào)制電壓幅度,:調(diào)制頻率d:晶體沿電場方向的長度③折射率變化量33:LN晶體有效電光系數(shù)④相移l:晶體沿通光方向的長度⑤光的頻移為相位相移頻移⑥頻移為零時，光信號可輸出形成光脈沖，頻移不為零時，光信號經(jīng)頻移積累，移出增益曲線而熄滅證⑦存在兩組無關(guān)的脈沖系列，對應(yīng)于相移波形的極大值與極小值，隨機(jī)輸出其中任意一組tU(t),n(t),(t)tI(t)t(t)U(t):驅(qū)動電光器件的調(diào)制電信號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(5)頻域原理①增益曲線中心頻率處的縱模首先起振，光場為E0:光場振幅，0:頻率,

0:初位相②電光器件對起振縱模進(jìn)行相位調(diào)制，調(diào)制光場為:調(diào)相系數(shù)③調(diào)制結(jié)果，使中心縱模產(chǎn)生初位相一樣、頻率為0±的兩個邊模④兩個邊模再產(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-

M<<1二、被動式鎖模(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