超短脉冲技术竞赛.ppt

1、第三章 超短脉冲技术,第三章 超短脉冲技术,锁模的原理和输出特性 锁模的方法:主动锁模， 被动锁模 测量锁模脉冲光的方法,3.1 锁模原理 锁模的目的 一般多模激光器的输出特性 多模激光器纵模锁定的输出特性,一.目的 压缩脉冲宽度,高峰值功率,Q开关激光器一般脉宽达10-8s-10-9s量级,如果再压缩脉宽,Q开关激光器已经无能为力,但有很多实际应用需要更窄的脉冲. 例: 1.激光测距，为了提高测距的精度,则脉宽越窄越好. 2.激光高速摄影.为了拍照高速运动的物体,提高照片的清晰度,也要压缩脉宽. 3.对一些超快过程的研究,激光核聚变,激光光谱,荧光寿命的测定,非线性光学的研究等需窄的脉宽.,

2、二.多模激光器的输出特性. 未锁模的连续激光器输出的是连续的激光。多纵横，主要讨论各模之间的关系，把每一模式的光波做为一束光来处理。,纵模频率,频率间隔,式中L光学长度 q纵模序数,假定在激光器工作物质净增益线宽内超过阈值的纵模即在腔内振荡的模式 有2N1个。 纵模表示式 式中 和 分别是第q模的角频率和相位， 第q模的电场振幅，q 激光器内2N1个振荡模中第q个纵模数，而不是 纵模序数。,1.激光器输出特性 各振荡模的振幅和相位无规则分布 -中心频率处的振幅大，远离中心小，且它们之间变化无规律。 -各模的初相位，在 之间分布， 或 常数。 对于不同的时间，每个模的 振幅和相位也有变化， 随时

3、间漂移。,图3.1-2 非锁模和理想锁模激光器的信号结构模, (a)-非锁模, (b)-理想锁模,输出的光强是各个纵模无规叠加。 输出的光强是各纵模光强的无规叠加，接收到的光强是时间的平均值。,总光强的平均值是各纵模光强之和的1/2。 相位分布对输出光强有影响的， 不同，各模不相干。 假定在一般激光器中设法使相邻两纵模间的位相固定。 相位有规律。 常数 由于各相邻模之间的频率间隔是固定的， 各模的振动方向（偏振光）或振动方式（自然光）对于一定激 光器是相同的。 各振荡模具备了上述三个条件，各模光波变成相干波。 因此输出的光波可能是一序列的脉冲形式。对于 每一脉冲来说，脉宽窄了，峰值功率大大增加

4、，锁相 激光器锁模。,2.锁模 要使各模变成时间相干波，需要具备三个条件，而各纵模频率 间隔相等并固定，各模振动方向或方式相同-激光器 固有性质，只要使各相邻模之间具有固定的相位关系即： 常数 锁模：即是使各相邻模之间的相位固定，使各模变成时间相干 波。 注意：每一模式看成一束光波。 对于多模激光器，包括多个纵模，横模，模式不同类型不同。,3.锁模的类型（激光器纵模横模） (1)纵模锁定 指同一横模中不同纵模之间的锁定，一般采用基横模中不同的纵模， ，q是纵模序数，这种纵模锁定理论成熟，应用广。经过纵模锁定后，激光器输出的是脉宽在fs或更窄as量级的一序列脉冲。 (2)横模锁定 指的是同一纵模不同横模锁定。在中，q-固定值，m、n是变化的。如果是圆对称横模，输出的光束是一个其横向强度分布图是高斯型的基横模的形状，但光束半径周期性变化。 (3)纵横模同时锁定 对于，m、n、q变化。输出的光束，无论在轴向或横向