激光技术第三讲2012.pptx

激光技术-第五讲;10ps激光与35ns调Q激光加工质量的比较;FemtosecondStroboscopy;第一节 锁模基本原理;??;? ?;激光器输出总光场是2N+1个纵模相干的结果;;;;7.1.3锁模的方法;第二节 主动锁模;以最简单的正弦调制为例，从频率特性来讨论振幅调制的基本原理。设调;调制前腔内的光场为

E?t??Ecsin??ct??c?;锁模过程如下：

处于增益谱线中心的纵模角频率为

?0，其增益最高，首先开始振荡

E0?t??E0cos??0t?

调制的结果产生了两个变频分量

?0±?m，当损耗调制频率与纵模间隔相等时;相位调制是在激光腔内插入一个电光调制器，光波在不同的时刻通过介质，便有不同的相位延迟，以铌酸锂晶体的相位调制为例。

设光沿x方向传播，沿z方向施加调制信号电压，即采用横向运用方式，对于LN，主轴坐标系不变，则晶体的折射率;相位调制的作用可理解为一种频移，使光波的频率向大（或小）的方向的移动。脉冲每经过调制器一次，就发生一次频移，最后移到增益曲线之外。;同样，可从频率特性进行分析，假设未调制的光场为;;2.调制器应放在腔内尽量靠近反射镜处，以便得到最大的纵模之间的耦合效果。

假定调制器放在腔中间，则光束两次通过调制器的时间间隔是L/c。如果腔内损耗变化的频率?m=c/2L，当光束第一次通过调制器时假定损耗最小，第二次通过调制器时损耗最大，则得不到锁模脉冲输出。;4.主动锁模激光器的失谐问题

调制器的激励频率严格地等于腔的纵模间隔的情况称为无失谐情况，反之，即为失谐情况。定义失谐量为;为了补偿失谐，除采用被动的稳定腔长和调制频率外，还应采用电子反馈线路（锁相环路）进行补偿。;第三节 被动锁模;从频域分析，开始时自发辐射的荧光以及达到阈值所产生的激光涨落脉冲，经过可饱和吸收染料的选择作用，只剩下高增益的中心波长?0及其边频，边频信号又激发新的边频，如此继续下去，使得增益线宽内所有的模式参与振荡，于是便得到一系列周期为2L/c的脉冲序列输出。

由不规则的脉冲演变到锁模脉冲的过程的实质是最强的脉冲得到有选择的加强，背景脉冲逐渐的被抑制。物理过程大致分为三个阶段;①??性放大阶段

如图a~c所示，在闪光灯泵浦下，当超过激光阈值时，具有随

机相位关系的激光模之间发生干涉，因而导致光强度的起伏，脉冲总量很大。在可饱和吸收体中，对强脉冲吸收得少对弱脉冲吸收的多。在经过激光介质中，产生线性放大，其结果就发生自然选模作用。线性放大过程使频谱变窄，被放大后的信号起伏得到平滑和展宽。线性放大阶段的持续时间比较长。;②非线性吸收阶段

该阶段的主要特点是强脉冲使染料吸收饱和，“漂白”了染料，

从而使脉冲强度得到很快的增长，而大量的弱脉冲受到染料的吸收而被抑制掉，使发射脉冲变窄，频谱增宽，如图d所示。;③非线性放大阶段

强脉冲使激光增益介质的增益达到饱和，当强脉冲经过增益介质时，前沿及中心部位放大得多，由于反转粒子数的消耗，增益下降，致使脉冲后沿放大的少，甚至得不到放大，其结果使前后沿变陡，脉冲变窄，小脉冲几乎被完全抑制，最后输出一个高强度窄脉宽的脉冲序列，如图e所示。此阶段脉冲压缩，频谱进一步加宽。;7.3.2染料激光器的被动锁模;第四节 同步泵浦锁模;Tp??T31?T;典型的同步泵浦染料激光器包括泵浦源、光学谐振腔、激光介质及调谐元件等。;第五节 锁模新技术与进展;;重频65MHz，平均功率

120mW，峰值功率0.37MW;;;7.5.2SESAM被动锁模;Pp=1.25MW;得到10.4ps脉宽，重频可到100kHz，1kHz时，脉冲能量达到820μJ，峰值功率为78.8MW，平均功率为0.82W；30kHz时，平均功率为22W，脉冲能量为733μJ，峰值功率为70.5MW;7.5.3光纤激光器锁模技术;?被动锁模光纤激光器：利用光纤或其他元件中的非线性效应实现锁模工作，结构简单，不需要插入任何调制元件，在一定条件

下，可以实现自启动锁模工作，输出fs量级的超短光脉冲。还可采用SESAM锁模。;本章小结：

多模激光器输出特性，锁模基本原理，锁模方法。

振幅调制锁模、相位调制锁模原理，主动锁模激光器结构与设计。

被动锁模的原理及物理过程，碰撞锁模原理。

同步泵浦锁模原理、物理过程。

光纤激光器锁模技术，锁模激光器的新进展。;作业：蓝信钜，《激光技术》（第二版或第三版），科学出版社，第三章超短脉冲技术，课后习题3，4