第六章其他激光器解读.ppt

第六章 其他激光器 6.1 孤子激光器 6.2 自由电子激光器 6.3 化学激光器 6.1 孤子激光器 6.2 自由电子激光器 自由电子激光器一种利用自由电子的受激辐射，把相对论电子束的能量转换成相干辐射的激光器件。自由电子受激辐射的设想曾于1951年由Motz提出，并在1953年进行过实验，因受当时条件的限制，未能得到证实。1974年斯坦福大学的Madey等人重新提出了恒定横向周期磁场中的场致受激辐射理论，并首次在毫米波段实现了受激辐射；1976年Madey小组第一次实现了激光放大，1977年4月斯坦福大学Deacon等人才研制成第一台自由电子激光振荡器。 6.3 化学激光器 化学激光器是另一类特殊的气体激光器，即是一类利用化学反应释放的能量来实现粒子数反转的激光器。化学反应产生的原子或分子往往处于激发态，在特殊情况下，可能会有足够数量的原子或分子被激发到某个特定的能级，形成粒子数反转，以致出现受激发射而引起光放大作用。 氟化氢激光器 氟化氘激光器 碘原子激光器 这是一种由美国于20世纪末开始研发的激光武器，其最初的任务是用于防御和军事目的。在经过多次的试验后，研制者们得出结论：化学激光器不仅能用于军事目的，还可用于工业目的，但会造成严重的环境污染。后来，科学家们又发现，由于化学激光器使用的是氯气、分子碘、过氧化氢、氢氧化钾等化工原料，会对武器使用者造成极大的生理伤害，于是化学激光器的研发工作被军方叫停，转而研发性能更可靠、操作更安全的固态激光器。关于化学激光器的具体情况，美国军方一直讳莫如深，外界也很少有关于化学激光器的报道和传闻。 * 一、孤子和光学孤子 1834年8月 在一条窄河道中，迅速拉一条船前进，在船突然停下时，在船头形成的一个孤立的水波迅速离开船头，以每小时14~15km的速度前进，在行进中，水波的外形和速度都不改变，前进了2~3km才消失。他称这个波为孤立波。 1895年，卡维特等人对此进行了进一步研究，人们对孤子有了更清楚的认识，并先后发现了声孤子、电孤子和光孤子等现象。从物理学的观点来看，孤子是物质非线性效应的一种特殊产物。 孤立波能始终保持其波形和速度不变，孤立波在互相碰撞后，仍能保持各自的形状和速度不变，好像粒子一样，故人们又把孤立波称为孤立子，简称孤子。 由于孤子具有这种特殊性质，因而它在等离子物理学、高能电磁学、流体力学和非线性光学中得到广泛的应用。 孤子（Soliton）又称孤立波，是一种特殊形式的超短脉冲，或者说是一种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。 光孤子是指经过长距离传输而保持形状不变的光脉冲。 一束光脉冲包含许多不同的频率成分，频率不同，在介质中的传播速度也不同，因此，光脉冲在光纤中将发生色散，使得脉宽变宽。 当高强度的极窄单色光脉冲入射到光纤中时，将产生克尔效应，即介质的折射率随光强度而变化。 在光脉冲中产生自相位调制，使脉冲前沿产生的相位变化引起频率降低，脉冲后沿产生的相位变化引起频率升高，于是脉冲前沿比其后沿传播得慢。（啁啾） 脉冲后部加速向前赶，前部又产生延迟，是的脉冲向中间压缩。拖过超前两和延迟量正好是的脉冲前部与后部相互重叠，就能得到带宽限制的最短脉冲。 脉冲可以保持波形稳定不变地在光纤中传输，即形成了光孤子。 二、光纤中孤子的形成 三、孤子激光器 结构：光学孤子成型+成型孤子受激振荡放大 首先由色心激光器产生脉冲激光，通过控制光纤，脉冲激光的脉宽被压缩，它反馈回主腔进一步被受激放大；放大后的脉冲激光再一次通过控制光纤被压缩，然后再反馈回主腔，如些循环下如，直至形成光学孤子。 孤子激光器主要由两部分给成，其一为单模保偏光纤，另一部分为锁模色心激光器。 1983年研制成功了孤子激光器 孤子激光器能有控制地产生皮秒，甚至飞秒量级的光脉冲。因而，它在光通讯、光计算、超快速现象的研究，原子及分子光谱的研究等方面的应用前景相当广阔。 目前已有的孤子激光器： 色心孤子激光器 光纤拉曼孤子激光器 参量孤子激光器 光纤孤子激光器 一、自由电子激光器的发展 平均功率 1270瓦 波长范围 3 – 6.2微米 微脉冲能量 高到70微焦耳 脉冲长度 0.5 – 1.7皮秒 在2004年，美国能源部托马斯·杰弗逊国家加速器实验室就创下了输出功率达10千瓦的记录，当时激光光波的波长为6微米。该波长的激光有助于海军进行穿透海洋大气的光信号传输和在材料科学方面的应用。 2006年托马斯·杰弗逊国