《主动激光锁模技术原理》.ppt

第七讲 超短脉冲技术;横模？ 横模易观察，但其产生的原因复杂： 1、偏离轴向的光束的干涉， 2、工作物质的色散， 3、散射效应及腔内光束的衍射效应等，都对横模有影响。 下面只对情况 1 做简单地分析。除了严格平行光轴的光束(名基模TEM00 ）以外，总有一些偏离光轴而走Z字形的光束。虽然经多次反射也未偏出腔外，仍能符合2nLcos θ =kλ的条件；因而，在某一θ方向存在着加强干涉的波长。设z代表腔轴方向，垂直z的截面为xy平面。该截面内所产生的部分横模如图，标记TEMmn 中的TEM代表电磁横波，m代表x方向的波节数，n代表y方向的波节数。;图5.1-1 不同横模的光场强度;; 超短脉冲技术是物理学、化学、生物学、光电子学，以及激光光谱学等学科对微观世界进行研究和揭示新的超快过程的重要手段。超短脉冲技术的发展经历了主动锁模、被动锁模、同步泵浦锁模、碰撞锁摸(CPM)，以及90年代出现的加成脉冲锁模(APM)或耦合腔锁模(CCM)、自锁模等阶段。自60年代实现激光锁模以来，锁模光脉冲宽度为皮秒(10-12s)量级，70年代，脉冲宽度达到亚皮秒(10-13s)量级，到80年代则出现了一次飞跃，即在理论和实践上都有一定的突破。1981年，美国贝尔实验室的R.L.Fork等人提出碰撞锁模理论，并在六镜环形腔中实现了碰撞锁模，得到稳定的90fs的光脉冲序列。采用光脉冲压缩技术后，获得了6fs的光脉冲。90年代自锁模技术的出现，在掺钛蓝宝石自锁模激光器中得到了8.5fs的超短光脉冲序列。; 本章将讨论超短脉冲激光器的原理、特点、实现的方法，几种典型的锁模激光器及有关的超短脉冲技术，如超短脉冲脉宽的测量方法、超短脉冲的压缩技术等。;自由运转激光器的输出一般包含若干个超过阀值的纵模，如图3.1-1所示。这些模的振幅及相位都不固定，激光输出随时间的变化是它们无规则叠加的结果，是一种时间平均的统计值。 ;和频率描述的非锁模激光脉冲和完全锁模激光脉冲两种情况的图形。在频率域内光脉冲可以写为 ;某一瞬时的输出光强为; 如果采用适当的措施使这些各自独立的纵模在时间上同步，即把它们的相位相互联???起来，使之有一确定的关系(φq+1 -φq＝常数)，那么就会出现一种与上述情况有质的区别而有趣的现象；激光器输出的将是脉宽极窄、峰值功率很高的光脉冲，如图3.1-2(b)所示。;先看三个不同频率光波的叠加：Ei = E0cos(2π νi t+ ? i ) i=1,2,3 设三个振动频率分别为ν1 、 ν2 、 ν3 的三个光波沿同一方向传播，且有关系式：ν3=3ν1， ν2= 2ν1 , E1 = E 2 =E3 = E0 ;但若设法使? 1 = ? 2 = ? 3 =0时，有 E1 = E0cos(2πν1 t) E2 = E0cos(4πν1 t) E3 = E0cos(6πν1 t) ;; 要获得窄脉宽、高峰值功率的光脉冲，只有采用锁模的方法，就是使各纵模相邻频率间隔相等并固定为 ，并且相邻位相差为常量。这一点在单横模的激光器中是能够实现的。 ;由(3.1-8) ～(3.1-10)式可知,2N+1个振荡的模经过锁相以后，总的;光场变为频率为ω0 的调幅波。振幅Ａ(t)是一随时间变化的周期函数，光强Ｉ(t)正比Ａ２(t) ，也是时间的函数，光强受到调制。按傅里叶分析，总光场由2N十1个纵模频率组成，因此激光输出脉冲是包括2N十1个纵模的光波。 图3.1-3给出了7（N=3)个振荡模的输出光强曲线。 ;为讨论方便，假定α = 0，则;(2)每个脉冲的宽度 可见增益线宽愈宽，愈可能得到窄的锁模脉宽。（ t=to=0时，A(t)有极大值，而11式分子(1/2) (2N+1) △ wt1=?时，A(t)=0,令 △t=t1-t0 并近似为半峰值宽，则有…）;(4)多模(ω0+q△ωq )激光器相位锁定的结果，实现了?q+1 -? q=常数，导致输出一个峰值功率高，脉冲宽度窄的序列冲。因此多纵模激光器锁模后，各振荡模发生功率耦合而不再独立。每个模的功率应看成是所有振荡模提供的。##;1.主动锁模 　 主动锁模采用的是周期性调制谐振腔参量的方法。;4. 同步泵浦锁模 　　如果要通过周期性地调制谐振腔的增益来实现锁模，则可以采用一台主