被动锁模原理.pptVIP

被动锁模原理 在一台染料调Q激光器中，只要可饱和染料 的激发态寿命短于光子在腔内往返一周的时 间2L/C，则在该激光器的输出中，就会出现 某种锁模振荡脉冲。如果激光器制作讲究， 那么其输出便出现锁模脉冲序列，其包迹便 是一个调Q脉冲。 结合染料的性质来分析 三个阶段 在被动锁模激光器中,由不规则的脉冲演变到锁模脉冲的物理过程大致可分为三个阶段,见图3.2-4.其过程实质是最强的脉冲得到有选择地加强,背景脉冲逐渐地被抑制.三个阶段可简述如下 线性放大阶段 初始的激光脉冲具有大致等于荧光带宽的光谱含量,并且具有随机相位关系的激光模之间的干涉,导致光强度的起伏.脉冲总量很大,大致具有腔内模数的量级,但也存在少量超过平均强度的峰值,见图3.2-4 (a)在线性放大期间,发生自然模选,同时由于放大过程使频谱变窄,被放大后的信号起伏得到平滑和加宽,如图3.2-4 (b)及(c). 非线性吸收阶段 工作物质的增益虽是线性的,但由于此时腔内光强已超过饱和光强,故染料的吸收变成了非线性.其结果是较强的脉冲“漂白”了染料,脉冲强度得到很快的谱长;而大量的较小脉冲受到染料较大的吸收而被有效地抑制.使发射脉冲变窄,如图3.2-4(d)(e)所示同时频谱得到加宽 非线性放大阶段 在吸收跃迁完全饱和时,光强度已足够高,激光经激活介质的放大是非线性的,这是 高峰值功率阶段,见图3.2-4(F).这时背景最小脉冲几乎完全被抑制,输出的是一个高强度的脉冲序列.最终粒子数反转被倒空,脉冲逐渐衰弱。非线性放大加宽了谱线，并在时间域内变窄了脉宽。在实际的被动锁模激光器中，情况比这要复杂。 被动锁模的评价 优点：被动锁模光纤激光器输出脉宽相对较窄,结构简单 缺点：被动锁模激光器稳定性差，能实现锁模的激发几率一般最好达60~70%，差的竟只有10~20%，这对不少应用是不适宜的 输出脉冲重复率受光纤长度的限制不可能很高,不易调整和控制 被动锁模的发展 在获得短脉冲或超短脉冲的手段上,主动锁模或调Ｑ因为造价昂贵并且系统庞大而存在很多不利之处。被动锁模或调Ｑ以前长期为染料吸收体所独占,因为染料有毒性,容易变质等缺点,已经逐渐被淘汰。1992年,Ｕ.Ｋｅｌｌｅｒ〔1〕等在腔内引入反共振的法布里-帕罗标准具可饱和吸收体(ａｎｔｉｒｅｓｏｎａｎｔＦａｂｒｙ-ＰｅｒｏｔＳａｔｕｒａｂｌｅＡｂｓｏｒｂｅｒ,Ａ-ＦＰＳＡ),实现了Ｎｄ:ＹＬＦ自启动的被动锁模,脉宽3.3ｐｓ,这是Ａ-ＦＰ ＳＡ或ＳＥＳＡＭ(ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｔｕｒａｂｌｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｉｒｒｏｒ)首次应用于固体激光器被动锁模,也是首次实现固体激光器皮秒级被动锁模。现在,国外适用于各种波长固体激光器的ＳＥＳＡＭ几乎都制作出来了,国内先后有天津大学研制出适用于Ｔｉ:Ｓａｐｐｈｉｒｅ激光器飞秒锁模的800ｎｍ宽带半导体可饱和吸收镜,中科院半导体所研制出适用于1.06μｍ附近波长固体激光器被动锁模的ＳＥＳＡＭ。ＳＥＳＡＭ已经用在各种固体激光器和光纤激光器上用以实现被动调Ｑ,被动调Ｑ锁模,皮秒直接被动锁模,飞秒锁模自启动 中国科学院半导体所 平均功率达到10W的Nd:YAG二级管泵浦被动锁模激光器 瑞士联邦技术研究院和瑞士d’Electronique et de Microtechnique-Zurich 中心的研究人员与Time-Bandwidth产品公司的研究人员合作研制了一种Nd；YAG二级管泵浦的被动锁模激光器，该激光器具有10。7W的平均功率和7。8KW的峰值功率。单路通过KTP晶体的外倍频在532nm时能产生3。2W的平均功率，继之通过BBO的倍频产生120mW的紫外输出。激光腔的设计应适合于更高的功率，它由四反射镜组成两个曲面镜控制激光头中和半导体饱和吸收反射镜上的激光模半径，它与增益介质中较小的激光模相结合，促进稳定的自启动锁模，而无Q开关的不稳定性，直接耦泵浦配置消除了与边壁泵浦相关的典型问题 有理数谐波主被动锁模掺铒光纤激光器 在主动锁模掺铒光纤环形激光器中(ＡＨＭＬ ＥＤＦＬ)接入一个非线性光学环形镜,形成结构新颖的主被动锁模掺铒光纤激光器(ＡＰＨＭＬ ＥＤＦＬ),利用非线性光学环形镜所具有的饱和吸收体功能,成功地抑制了4阶有理数谐波锁模(ＲＨＭＬ)中较大的幅度噪声,在1ＧＨｚ量级的调制频率下,由主被动锁模掺铒光纤激光器获产生重复频率为5 1ＧＨｚ、幅度相当稳定的4阶有理数谐波锁模脉冲序列。 多年来，人们一直采用有机染料作为可饱和吸收体实现脉冲式抽运的