锁模原理学习教案

1、会计学1锁模原理锁模原理(yunl)第一页，共22页。eeeeeee Einaa1)(niia0iiaa1)(niina0)e(1eeeeEe1e1eEiai1)ai(n-inai0ia1)ia(2nina02a2a 2a2Na02a210ii)ai(n)a-i(n0EanEeeeeE2a2a2121sinsinsinsin输出功率(t)AE(t)P(t)22 2a22Na20Psinsin三、锁模激光器工作(gngzu)特性第2页/共22页第二页，共22页。1、峰值(fn zh)功率Pm=N2P02、重复(chngf)周期与重复(chngf)频率cL2T证02aP(N=4)a=0、2、4时P

2、达最大 212a2a2N2Na2Na0a02a22Na200am22PPPcossincossinlimsinsinlim0220000coscoslimsinsinlimPNaNaNPaNaNPaaa=2/N、4/N时P=0光在腔内往返一周(y zhu)所用时间(1)重复周期 22220sinsinaNaPP 第3页/共22页第三页，共22页。3、脉宽(光脉冲(michng)持续时间的一半)TNT1a1=t1+a2=t2+a2 a1 =(t2-t1)= T=2证cL2cL22TqLcf2(2)重复(chngf)频率证N2aa12NTN2qTNqT1TTqq11另有第4页/共22页第四页，共2

3、2页。1 2 3 4 5 6 7 8 9(N=4)123456987第5页/共22页第五页，共22页。例1 He-Ne激光器的谐振腔长L=1.5m, 截面积S=1 mm2,输出镜透过率为T0.01, 激活(j hu)介质的多普勒线宽为950MHz, 饱和参数为Is=50 w/mm2,现将此激光器激活(j hu)，激发参数=2,求:满足起振条件的模式数总输出功率(无模式竞争,各模式输出功率均按中心频率输出功率计)锁模后的光脉冲峰值功率、重复周期、脉宽。 解MHz950950222FTlnlnlnlnMHz100512103L2c8q.1011009501qqT第6页/共22页第六页，共22页。P

4、m=N2P0=1000.75=75ws10103512cL2T88.s101010NT98222s150w/mm1)-(250) 1(II0w7501500101STIP210210.w5775010PqP0.sT961005. 11095011或第7页/共22页第七页，共22页。一、主动式锁模2 锁模激光器1、定义(dngy)在腔内插入一个受外界信号控制的调制器，周期性改变(gibin)振荡模式的某个参量而实现锁模的方法2、振幅(损耗(snho)调制锁模：声光锁模(1)概念使用声光调制器调制谐振腔损耗，当电调制频率为f=c/4L时,损耗调制频率为f=c/2L，可获重复频率也为f的激光脉冲系列

5、第8页/共22页第八页，共22页。激光介质声光器件全反镜输出镜激光(2)装置(zhungzh)(3)时域原理(yunl)外加电调制(tiozh)信号tUtU21sin)(0腔损耗率o:腔平均损耗率, :损耗率变化幅度, :损耗频率ttcos)(0U0:调制电压幅度， :调制频率21调制电信号为零时，损耗最小，调制电信号为极值时，损耗最大，故损耗频率是调制频率的两倍Lcf2第9页/共22页第九页，共22页。调制器透过(tu u)率tTTtTcos)(0To:平均透过率，T：透过率变化(binhu)的幅度损耗(snho)最小时透过率最大，损耗(snho)最大时透过率最小透过率最大时，输出光脉冲，输

6、出光脉冲的重复频率与重复周期为Lcfq2cLT2第10页/共22页第十页，共22页。tU(t)(t)T(t)tttI(t)cL4cL20U(t):驱动(q dn)声光器件的外加调制电信号(t):腔损耗率T(t):调制器透过(tu u)率I(t):锁模激光(jgung)输出波形(4)调制曲线0T0T第11页/共22页第十一页，共22页。(5)频域原理(yunl)增益曲线(qxin)中心频率处的纵模首先起振，光场为)tcos()(000 EtEE0:光场振幅(zhnf)，0:频率,0:初位相声光器件对起振纵模进行振幅调制，调制光场为)t(coscosE)tT(t)cos()(0000000tTTE

7、tE)t(cos)cos1 (A00tM:调幅系数, A=E0T0:调制后的光场振幅 00TTM第12页/共22页第十二页，共22页。调制结果(ji gu)，使中心纵模产生初位相一样、频率为0的两个边模)tt)cos(Mcos(1)(00 AtE)tt)cos(Mcos()tAcos(0000A)tcos(t)tMcos(21)tAcos(000000tAt )-AMcos(21)tMcos(21)tAcos(000000A两个(lin )边模再产生新边模，直至振荡线宽内所有纵模都被耦合形成脉冲系列输出。00+ 0- 第13页/共22页第十三页，共22页。3、相位(xingwi)(频率)调制模

8、锁:电光锁模(1)概念(ginin)使用电光晶体折射率随外加电压的变化对激光进行相位调制，调制频率为f=c/2L时，可以(ky)获重复频率也为f的激光脉冲系列激光介质 激光全反镜输出镜起偏镜检偏镜LNxzyUz(2)装置第14页/共22页第十四页，共22页。tdnUEntneecos221)(3330333(3)时域原理(yunl)外加电调制(tiozh)信号电光(dingung)晶体中的电场U0:调制电压幅度, : 调制频率tUtUcos)(0tdUtEcos)(0d:晶体沿电场方向的长度折射率变化量33:LN晶体有效电光系数Lcf2tdnlUtnltecos)(2)(3330相移l:晶体沿

9、通光方向的长度第15页/共22页第十五页，共22页。tdnlUdttdtesin)()(33300t0tdtd)(光的频移为相位(xingwi)相移频移频移为零时，光信号可输出形成光脉冲，频移不为零时，光信号经频移积累，移出增益曲线(qxin)而熄灭证存在两组无关的脉冲(michng)系列，对应于相移波形的极大值与极小值，随机输出其中任意一组第16页/共22页第十六页，共22页。cL20tU(t),n(t),(t)tI(t)t(t)U(t):驱动电光(dingung)器件的调制电信号n(t)、(t):电光效应(xioyng)引起折射率变化和相移的波形I(t):锁模激光(jgung)输出波形(t

10、):光的频移波形(4)调制曲线cL第17页/共22页第十七页，共22页。(5)频域原理(yunl)增益(zngy)曲线中心频率处的纵模首先起振，光场为)tcos()(000 EtEE0:光场振幅(zhnf)，0:频率,0:初位相电光器件对起振纵模进行相位调制，调制光场为cos)tcos()(tcos)(000000tMEtEtE:调相系数dnlUMe3330第18页/共22页第十八页，共22页。调制结果，使中心纵模产生初位相一样(yyng)、频率为0的两个边模)tsin(t)tMsin(21)tcos(E00000000tEt )-Msin(E21)tMsin(21)tcos(E000000000E两个边模再产生新边模，直至振荡线宽内所有纵模都被耦合形成脉冲系列(xli)输出。00+ 0- cos)tcos()(000tMEtE)cossin()tsin(E-)coscos()tcos(000000tMtMEM11)coscos(tMtMtMcos)cossin(tEtEcos)tMsin(E-)tcos()(000000第19页/共22页第十九页，共22页。二、被动式锁模(染料(rnlio)锁模)激光介质染料盒 全反镜输出镜激光1、线性放大：泵浦刚开始(kish)，工作物质对产生的诸多光脉冲进行线性放大2、非线性吸收(xshu)：染料被漂白，强脉冲被迅速放大