1主动锁模分析与器件在谐振腔内插入一个调制频率为调制器，对激光.DOC

1.主动锁模分析与器件 在谐振腔内插入一个调制频率为调制器，对激光输出进行振幅或位相调制，实现各个纵模振动同步，叫做主动锁模。 （1）振幅（损耗内）调制锁模 ①工作原理 振幅（损耗内）调制锁模的工作原理 ，可以从时域和频域两方面加以讨论。 ?从时域角度分析 图 .2 锁模调制示意图 如图6.3.2所示，在谐振腔中插入一电光或声光损耗调制器，设调制周期为，调制频率(恰为纵模频率间隔)。因为调制器给出周期性的光损耗，所以如果在某一时刻t，光经过调制器时，损耗不为零，则有一部分光被损耗掉。光在腔内往返一次，又回到调制器，即在一个周期后的时再次经过调制器，此光又受到损耗。 再经如此延续，这部分光被损耗掉。只有通过调制器时损耗为零的光，才能不断地被放大而增长起来，如此得到周期为T的窄脉冲输出（见图6.3.1）所示 图 6.3.1 锁模光强脉冲 ?从频域角度分析 从模式耦合的角度还可以进一步说明损耗调制锁模的原理。由于调制器所加电压周期地变化，所以通过调制器的各个模式的振幅也周期地变化。如果激光器中增益曲线中心频率处的模首先振荡，其调制后的电矢量为 （6.3.11）式中，称为振幅调制度，它的大小决定于调制信号的大小。将上式展开得 （6.3.12）上式表明，经过调制，使得中心纵模不仅含有原来的频率，而且还含有两个边频。这两个边频光具有与中心模式相同的初位相。因调制频率恰好等于相邻纵模频率间隔，所以正好等于相邻两纵模频率。这就是说，在激光器中，一旦形成的振荡，将同时激起两个相邻模式的振荡，如图（6.3.3）。而这两个相邻模受调制器调制的结果，又将产生新的边频振荡……直到将增益曲线内所有可能的纵模都激发起来。由于各纵模的位相锁定，输出光能量相干迭加，从而形成超短脉冲。 图 6.3.3 中心频率及两边频 ②振幅调制锁模激光器 ?激光器结构 在自由运转激光器的谐振腔中插入一个调制器，即构成了最简单的振幅调制锁模激光器。 ?调制器类型 调制器是振幅调制锁模激光器的关键部件。调制器主要有声光调制器和电光调制器两种。由于声光调制器具有调制对比度高、功耗低、热稳定性能好等优点，所以得到广泛应用。 ?对锁模激光器的要求 激光器谐振腔腔长L必须保持稳定，以确保纵模间隔稳定。稳定腔长的措施主要有防振、隔热、设计稳定腔、采用电子反馈系统监测腔长的变化并予以补偿。同时，严格控制调制器的调制频率，使其等于谐振腔的纵模间隔，二者达到不失谐的状态。 对腔内各光学元件的要求高于调Q激光器。 ?相位调制锁模 相位调制锁模通过在谐振腔中插入一个电光调制器加以实现。 设光振幅不变相位以频率变化，即 （6.3.13） 为相位调制度。 相位调制锁模的原理：利用晶体的电光效应。当电光介质的折射率按照外加调制信号做周期性的变化时，光波在不同时刻通过该介质，便会产生不同的相位延迟。也就是说在调制信号的作用下，电光晶体的折射率发生周期性的变化，导致光波通过电光晶体后产生相应的相位延迟。有相位延迟对时间的微分，即可以得到频率的变化量。 2.被动锁模分析与器件 在激光腔内插入一个有饱和吸收特性的染料盒，也能起到锁模的作用。可饱和染料的吸收系数是随光强的增加而下降的。激光器内，随着光泵对工作物质的激励，各个纵模都会随机地发生，光场就会由于它们的叠加而在强度上略有起伏。当某些纵模偶然地得到相干加强时，出现光场较强的部分，其它部分是较弱的部分。这些较强的部分通过染料，被吸收的少，损耗不大。较弱的部分通过染料，被吸收的多，反而更被减弱。光场多次通过染料的结果，强处和弱处就明显的区别开来了，最终造成这些强处(纵模相干加强处)就以窄脉冲的形式被选出来。这就是被动锁模的简单定性上的解释。 被动锁模装置很简单，只需在腔内插入一个装有饱和吸收染料的“盒”即可。在实践中，除对盒的光学质量有一定的要求外，对染料的选取还是有很大讲究的。一般说来，这种染料必须具备以下几个条件；第一，染料的吸收线应和激光波长很接近；第二，吸收线的线宽要大于或等于激光线宽；第三，其驰豫时间应短于脉冲在腔内往返一次的时间，否则就成为被动调Q激光器了。 3