[物理]第四章 Q开关技术和锁模技术.ppt

在晶体上加一调制信号，引起晶体的折射率变化，晶体相当于改变了谐振腔的光学长度。相位变－频率变，但不同时刻频率变化不同，即频率变化是时间的函数，因此相位调制器相当于一个移频器，光波通过调制器一次， 发生一次频率移动，经过几次频率移动，移到增益曲线以外，不能振荡。 如果使 （调制信号的频率）＝ 频率变化的周期 和光在腔内传播的时间相同。 假定光波第一次通过调制器时频率变化 经过　　时间第二次通过时频率变化　　　　→多次移动　　　　→移出去。只有在t=0,t1,t2时通过的光波频率不发生变化，被保存下来－能振荡，相位调制的结果，产生边频 当调制器的频率 即 时，所有模式功率耦 合。锁模过程和振幅调制相同。 锁模过程（频域）：首先，中心频率 增益大先振荡。相位调制的结果产生边频： 相位调制后的频谱： 时 相位调制的特点 ① 调制信号的频率和相邻纵模频率的间隔相同。 ② 相位调制的结果，使各纵模相位固定。 －满足锁模条件 ③ 输出的光波是间隔为 的脉冲序列，具有锁模激光器特性。 ④ 脉冲位置不稳定－必须采取一定的措施。 6.2.3被动锁模 一、固体激光器的被动锁模: 在腔内放一个装有机染料的染料合，依靠有机染料的饱和 吸收过程（有机染料的饱和吸收原理在Q开关中已经讲过），染 料的吸收率是频率和光强的函数。 2.被动锁模的动力学过程， 由不规则的脉冲演变为锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段。 （一）线性放大阶段 各模式振荡（由光的随机起伏－相位固定过度）,增加强弱脉冲的差别，甚至使弱脉冲消失。 特点：初始阶段，有机染料A(v)大－未饱和－非线性吸收 光波场－自发辐射的荧光－G　时，产生激光，在激光介质中线性放大-增益未饱和。 　 光波通过有机染料、激活介质各一次。强脉冲吸收的少，弱脉冲吸收的多-非线性吸收；在激活介质中，强脉冲放大的多，弱脉冲放大的少－线性放大，因此强脉冲加强，弱脉冲光 强减少，甚至消失，脉冲个数减少，频谱变窄－这种变化的周期　　。 结果：脉冲个数减少，频谱变窄，放大的强信号变得平滑和 加宽。 （二）非线性吸收阶段（进行相位固定阶段） 特点：工作物质－增益G未饱和－线性放大。 染料，强脉冲使染料饱和，弱脉冲不能使染料饱和－ 非线性吸收－主要作用。 在此阶段存在三个重要作用 ⅰ）强脉冲的强度能使染料饱和－损耗少（相对值小）。小的弱脉冲不能使染料饱和－吸收的多－在I未达到Is，工作物质中线性放大的少。 ⅱ）从时间域看，脉冲的宽度变窄，对脉冲的前后沿有压缩， ⅲ）加宽频谱－脉冲经过染料，激光介质时，可以激发更多的边频耦合了更多的模式，这时腔内的损耗具有周期形 。 （三）非线性放大阶段（主要压缩脉宽阶段） 特点：染料饱和 　工作物质，增益饱和－非线性放大 由于脉冲强度进一步增大，耦合的模式增大，脉冲前沿的光可使染料饱和，前沿变陡。对于激活介质来说，介质增益饱和，强脉冲通过放大介质时，前沿中心部位放大的多，脉冲后沿可能放大的少，经过几次放大过程－前后沿变陡－脉冲变窄。弱脉冲进一步受到抑制，最后腔中剩下一个脉冲振荡。 图33.6 图3.3-7 被动锁模在脉冲激光器中进行，输出的脉冲序列包络和被动Q开关脉冲相似。 被动锁模的过程 (1) 频谱：宽频谱－窄－宽 (2)光强：光的随机起伏－光有规律－形成一个脉冲。 (3) 相位－由相位随机－相位固定。 特点： 优点：被动锁模的结构简单，不需要人为的控制。 缺点：稳定性差。 输出的强度不稳定。 小结 本节主要讲了三个问题 一.锁模的原理 纵模锁定：当相邻两个纵模的相位固定即 常数，各模相干，总光波场振幅受到调制 输出特性：①脉冲间隔 固定的脉冲序列。相当于腔内只有 一个脉冲在振荡。 ② 2N+1↑ ↑ 小 ③ 2N+1大 大 ④锁模的结果使各模不再独立，发生功率耦合。 二.锁模方法 主动锁模 AM调制： 腔内加一振