双孤子被动锁模光纤激光器的实验研究
锁模激光器
西安邮电大学光电子技术及应用 锁模激光器 班级：软件1103班 学号：04113098 院（系）：计算机学院
姓名：刘歌歌 2013年12月8日 一、摘要 本文主要介绍了锁模的基本原理和应用前景，并简单介绍了锁模激光器。 二、关键词：锁模激光器，工作原理，应用和前景 三、引言 如果在激光谐振腔内不加入任何选模装置，那么激光器的输出谱线是由许多分立的，由横纵模确定的频谱组成的。锁模就是将多纵模激光器中各纵模的初相位关系固定,形成等时间间隔的光脉冲序列。使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很高的超短脉冲。 发展前景： 目前,最为广泛使用的一种产生飞秒激光脉冲的克尔透镜锁模（Kerr Lensmode locking)技术是一种独特的被动锁模方法。科尔透镜锁模实际上是利用了材料的折射率随光强变化的特性使得激光器运转中的尖峰脉冲得到的增益高出连续的背景激光增益，从而最终实现短脉冲输出。一台激光器实现锁模运转后，在通常情况下，只有一个激光脉冲在腔内来回传输，该脉冲每到达激光器的输出镜时，就有一部分光通过输出镜耦和到腔外。因此，锁模激光器的输出是一个等间隔的激光脉冲序列。相邻脉冲间的时间间隔等于光脉冲在激光腔内的往返时间，即所谓腔周期。一台锁模激光器所产生的激光脉冲的宽度是否短到飞秒量级主要取决于腔内色散特性、非线性特性及两者间的相互平衡关系。而最终的极限脉宽则受限于增益介质的光谱范围。衡量一台飞秒激光器的重要技术指标为：脉冲宽度、平均功率和脉冲重复频率。 此外，还有谱宽与脉宽积，脉冲的中心波长，输出光斑大小，偏振方向等。脉冲重复频率实际上告诉我们了激光脉冲序列中两相邻脉冲间的间隔。由平均功率和脉冲重复频率可求出单脉冲能量，由单脉冲能量和脉冲宽度可求出脉冲的峰值功率。 四、锁模激光器的原理 1、多模激光器的输出特性
基于PCF实现稳定输出的主动锁模光纤激光器
基于PC F实现稳定输出的主动锁模光纤激光器** 王芬,陈达如**,秦山,何赛灵 (浙江大学光通信联合研究中心,现代光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心,浙江杭州310058) 摘要:提出了一种利用高非线性光子晶体光纤(PCF)来稳定主动锁模光纤激光器的方法,理论分析了激光器中PCF的非线性偏振旋转效应(NPR),阐明了激光器稳定的短脉冲输出机理,获得了重复率为5GHz、脉宽为44 ps的稳定短脉冲输出。本文建议的激光器能用于如光码分多址(OCDMA)通信系统等诸多领域。 关键词:光子晶体光纤(PCF);非线性;主动锁模;光纤激光器;光码分多址(OCDMA) 中图分类号:TN253文献标识码:A文章编号:1005-0086(2007)09-1052-03 A ctively Mode-Lock ed S tab ilized Fib er Lasers B ased on High ly Nonlinear P C F W ANG Fen,CH EN Da-ru**,QIN Shan,HE Sa-i ling (Center for Optical and Electromagnetic Research,State K ey L abo ratory of M odern Optical Instrumentation,Joint Research Center of Opti cal Communications of Zhejiang U niversity,Zhejiang Uni versi ty,Hangzhou310058,China) A bs tra ct:Actively mode-locked fiber lasers that are stabilized with a highly nonlinear photonic crystal fiber are proposed.T he nonli near polarization rotation effect of the photonic crystal fiber is theoretically analyzed,and the stabilization mechani sm of short pulse lasing is explained.Stable pulse output with a pulse wid th of about44p s and a repetition rate of5GHz is a-chi eved experi mentally.The proposed stable fiber laser can be used in an OCDMA system. Key words:photonic crystal fiber(PCF);nonlinear;actively mode-locked;fiber laser;OCDMA 1引言 稳定的高重复率的短脉冲光源在光通信、信息光电子和非线性光学等研究领域都有重要的应用价值[1~4]。特别是光通信领域中,光码分多址(OCDMA)具有高速的光信号处理、软容量及安全可靠等特点,因而将成为高速、大容量光纤通信的最佳可选方案之一,而稳定的高重复率的短脉冲光源的研究则是OCDMA目前亟待解决的关键问题之一[5]。目前,获得短脉冲的技术主要有锁模光纤激光器、半导体锁模激光器、连续分布反馈(DFB)半导体激光器和增益开关DFB激光器。其中:后两种技术要直接获得较短脉冲比较困难,往往需要经过复杂的脉冲压缩;半导体激光器虽有容易获得超短脉冲的优点,但存在设备复杂、性能不稳定等缺点。所以易产生高重复率、高质量脉冲且与全光通信系统兼容性佳的锁模光纤激光器被认为是未来高速光纤通信的首选理想信号源[6]。Matsas等[7]首次提出非线性偏振旋转效应(NPR)在光纤激光器中的应用,提高了脉冲稳定性,而且系统具有结构简单易实现的优点。Abedin 等[8]利用具有正色散和负色散的光纤构成环形腔,通过调节各段光纤的长度改变腔内的平均色散值,得到重复频率为220 MH z、脉宽为125fs的短脉冲输出。在利用光纤非线性效应的实验中要用到较长的单模光纤或色散位移光纤来积累非线性的效果[9],但较长的光纤很容易受到外界环境变化产生的干扰,因此会导致整套系统的稳定性变差。近来研究较多的高非线性光子晶体光纤(PCF)的非线性系数可达到普通色散位移光纤的10倍乃至更高,相应长度就可以短很多,因而在锁模光纤激光器中采用高非线性PCF有利于改善系统稳定性[10]。本文首次提出并演示了基于高非线性PCF的主动锁模光纤激光器。利用高非线性PCF的NPR恰好兼顾了结构简单和稳定性好两方面优点,成功获得了重复率为5GHz、脉宽为44ps的短脉冲。该光纤激光器具有结构简单易实现、调整方便且光脉冲的稳定性好等优点,可以作为OCDMA通信系统的信号源。 2原理 主动锁模光纤激光器主要是采取谐波锁模的方法。在谐波锁模情况下,加在调制器上的射频(RF)和驱动信号频率f m 等于激光器谐振腔基频f c的整数倍,即有f m=mf c(m为整数)。此时,主动锁模光纤激光器内的脉冲每次经过调制器时都获得最大的透过率,从而不断被压窄并形成锁模光脉冲。谐波锁模情况下腔模并不是与其相邻的纵模锁定在一起,而是与其相邻N个腔模间隔的模锁定在一起,每组相互锁定的模式称为/超模0。激光器中存在许多组超模,超模间的竞争及驰豫 光电子#激光 第18卷第9期2007年9月Journal of O p toelectronics#Laser Vo l.18No.9Sep.2007 *收稿日期:2006-08-28修订日期:2007-03-03 *基金项目:国家自然科学基金资助项目(60277018,60407011);浙江省人才基金资助项目(R10415) **E-m ail:daru@https://www.360docs.net/doc/2f7127562.html,
-锁模激光器
东北石油大学课程设计 2013年3 月8 日
东北石油大学课程设计任务书 课程光电子技术基础课程设计 题目锁模激光器的设计 专业电子科学与技术姓名学号04 主要内容、基本要求、主要参考资料等 1、主要内容： 设计一锁模激光器，说明所设计的锁模激光器的基本原理、给出所设计的锁模激光器的结构、所使用的材料。 2、基本要求： 说明该锁模激光器的性能参数，撰写报告。 3、主要参考资料： [1]江涛,激光与光电子学进展,北京,电子工业出版社,2000年(8) 40-43 [2]贾正根,半导体报,北京,电子工业出版社,2000年6月第37卷(3)45-47 [3]周炳琨等,激光原理,第5版,北京,国防工业出版社,2004年8月 [4]马养武等,光电子学,第2版,杭州,浙江大学出版社,2003年3月 完成期限2013.3.4 ~2013.3.8 指导教师 专业负责人 2013年3 月4 日
目录 第1章概述 (4) 第2章锁模激光器的原理 (2) 2.1 锁模的基本原理 (4) 2.1.1锁模脉冲的特征 (4) 第3章锁模方式 (8) 3.1 主动锁模 (8) 3.1.1损耗内调制锁模 (8) 3.1.2相位内调制锁模 (9) 3.1.3主动锁模激光器的结构 (9) 3.2 被动锁模 (10) 第4章锁模光纤激光器设计 (13) 4.1 锁模光纤激光器基本结构 (13) 4.2 锁模光纤激光器设计 (13) 结论 (11) 参考文献 (12)
第1章概述 锁模就是将多纵模激光器中各纵模的初相位关系固定,形成等时间间隔的光脉冲序列。使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很高的超短脉冲。实现锁模的方法有很多种，但一般可以分成两大类：即主动锁模和被动锁模。主动锁模指的是通过由外部向激光器提供调制信号的途径来周期性地改变激光器的增益或损耗从而达到锁模目的；而被动锁模则是利用材料的非线性吸收或非线性相变的特性来产生激光超短脉冲。 目前,最为广泛使用的一种产生飞秒激光脉冲的克尔透镜锁模（Kerr Lens mode locking)技术是一种独特的被动锁模方法。科尔透镜锁模实际上是利用了材料的折射率随光强变化的特性使得激光器运转中的尖峰脉冲得到的增益高出连续的背景激光增益，从而最终实现短脉冲输出。一台激光器实现锁模运转后，在通常情况下，只有一个激光脉冲在腔内来回传输，该脉冲每到达激光器的输出镜时，就有一部分光通过输出镜耦和到腔外。因此，锁模激光器的输出是一个等间隔的激光脉冲序列。相邻脉冲间的时间间隔等于光脉冲在激光腔内的往返时间，即所谓腔周期。一台锁模激光器所产生的激光脉冲的宽度是否短到飞秒量级主要取决于腔内色散特性、非线性特性及两者间的相互平衡关系。而最终的极限脉宽则受限于增益介质的光谱范围。衡量一台飞秒激光器的重要技术指标为：脉冲宽度、平均功率和脉冲重复频率。 此外，还有谱宽与脉宽积，脉冲的中心波长，输出光斑大小，偏振方向等。脉冲重复频率实际上告诉我们了激光脉冲序列中两相邻脉冲间的间隔。由平均功率和脉冲重复频率可求出单脉冲能量，由单脉冲能量和脉冲宽度可求出脉冲的峰值功率。
锁模脉冲激光器概述
锁模脉冲激光器概述 张斌 北京工业大学 应用数理学院 010611班 指导教师：宋晏蓉 摘要 本文概述了锁模激光器的发展历史和发展方向、激光超短脉冲技术的分类及应用。 关键词 锁模，脉冲，激光器 一、引言 自从1964年第一台锁模激光器问世以来，超短脉冲激光器的研制工作已有了飞速发展，到目前为止已经可产生脉宽几个飞秒，峰值功率TW （1012瓦）级，激光波长从紫外到红外的全光谱范围的超短、超强脉冲激光器。缩短脉冲激光器脉冲宽度的方法主要经历了三次革新，即调Q 脉冲激光器阶段、主动、被动锁模激光器阶段和克尔锁模激光器阶段。随着超短脉冲激光技术的飞速发展，目前人们已能从克尔透镜锁模（KLM ）的掺钛蓝宝石飞秒激光器中直接产生脉冲宽度不到两个光学周期的激光脉冲（对于800nm 的中心波长，一个光学周期约等于2.17fs ）。同时在得到高峰值功率的脉冲输出方面也作了很多尝试，目前利用啁啾脉冲放大技术（CPA ）所能获得的最高脉冲峰值功率已经突破了200TW [1]。由于输出的脉宽窄、峰值功率高、光谱范围宽这些特点，使超短脉冲激光器广泛应用于各个领域。如高峰值功率的脉冲激光器被用于产生高次谐波，用于“水窗”和X 射线的应用中。而高重复率的脉冲激光器在信息处理、通信（波分复用）、互联网及光全息技术、激光光谱等领域中均有广泛用途。也正是由于这些重要领域对超短光脉冲源的需求，促使从事激光领域研究的人们一直在不断努力探索，用各种手段，各种方法得到脉宽越来越窄，峰值功率越来越高，波长范围连续可调并覆盖全波段的相干光脉冲，并不断地改进其锁模方式和泵浦方式，使激光器向小型化、全固化方向发展。 二、锁模脉冲激光器的发展历史 自本世纪60年代第一台激光器诞生以来，由于此新型光源具有以前光源所不具有的优点，如单色性好、相干性好、高亮度等，使激光技术得到了飞速发展，其中发展的一个重要方向是缩短输出脉冲宽度，就锁模脉冲激光技术领域来研究，大致可以分为四个发展阶段： 60年代中期～为第一阶段，其特征是各种锁模理论的建立和各种锁模方法的试验探索。这属于超短激光脉冲的初始阶段。 s 910?s 1010?70年代中后期10-11～10-12s 为第二阶段，其特征是各种锁模方式和理论（如主动锁模、被动锁模、同步泵浦锁模等）逐步成熟，并在物理和化学领域展开了皮秒（10-12s ）级的初步应用。 80年代为第三阶段，其主要特征是脉冲宽度已进入飞秒（10-15s ）阶段。它是以所谓碰撞锁模染料激光器为主要代表，该激光器就其基本的锁模原理来说依然为被动锁模，在锁模机理和方法上并没有根本突破，但是由于脉冲的碰撞效应，使该激光器不仅能够产生，而且能够稳定地运转在飞秒量级。这展开了超快激光极其重要和十分活跃的新研究领域—飞秒激光技术与科学。 90 年代初开始了超短激光脉冲的第四阶段。这一阶段的主要特征并不表现脉冲宽度的进一步压缩，而是在产生飞秒激光的介质方面有新突破。具有突破性的研究是1991年，D. E. Spence [2]等人利
光纤激光器的原理及应用
光纤激光器的原理及应用 张洪英 哈尔滨工程大学理学院 摘要：由于在光通信、光数据存储、传感技术、医学等领域的广泛应用，近几年来光纤激光器发展十分迅速，且拥有体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等明显优势。本文简要介绍了光纤激光器的基本结构、工作原理及特性，并对目前几种光纤激光器发展现状及特点做了分析，总结了光纤激光器的发展趋势。 关键词：光纤激光器原理种类特点发展趋势 1引言 对掺杂光纤作增益介质的光纤激光器的研究20世纪60年代，斯尼泽(Snitzer)于1963年报道了在玻璃基质中掺激活钕离子(Nd3+)所制成的光纤激光器。20世纪70年代以来，人们在光纤制备技术以及光纤激光器的泵浦与谐振腔结构的探索方面取得了较大进展。而在20世纪80年代中期英国南安普顿大学掺饵(EI3+)光纤的突破，使光纤激光器更具实用性，显示出十分诱人的应用前景[1]。 与传统的固体、气体激光器相比，光纤激光器具有许多独特的优越性，例如光束质量好，体积小，重量轻，免维护，风冷却，易于操作，运行成本低，可在工业化环境下长期使用；而且加工精度高，速度快，寿命长，省能源，尤其可以智能化，自动化，柔性好[2-3]。因此，它已经在许多领域取代了传统的Y AG、CO2激光器等。 光纤激光器的输出波长范围在400~3400nm之间,可应用于：光学数据存储、光学通信、传感技术、光谱和医学应用等多种领域。目前发展较为迅速的掺光纤激光器、光纤光栅激光器、窄线宽可调谐光纤激光器以及高功率的双包层光纤激光器。 2光纤激光器的基本结构与工作原理 2.1光纤激光器的基本结构 光纤激光器主要由三部分组成：由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。光纤激光器的基本结构如图2.1所示。
被动调Q锁模掺镱光纤激光器
第33卷 第8期2006年8月 中 国 激 光 C H IN ESE J OU RNAL O F L ASERS Vol.33,No.8 August ,2006 文章编号:025827025(2006)0821021204被动调Q 锁模掺镱光纤激光器 甘 雨1,2,向望华1,2,周晓芳1,2,张贵忠1,2,张 喆1,2,王志刚 1,2 (天津大学1精密仪器与光电子工程学院, 2 教育部光电信息技术科学重点实验室,天津300072) 摘要 报道了基于偏振旋转技术等效快可饱和吸收体的被动调Q 锁模光纤激光器,采用976nm 半导体激光器作为抽运源,高掺杂浓度的Yb 3+光纤作为增益介质构成环形腔,通过调节抽运光功率和偏振控制器的角度得到了调 Q ,调Q 锁模与锁模三种稳定的输出脉冲。获得的锁模脉冲中心波长为1.05μm ,重复频率为20M Hz ,脉冲光谱宽 度为13.8nm ,抽运功率为270mW 时,锁模平均输出功率为15.82mW ;调Q 频率为17.54k Hz ,调Q 脉冲宽度为 8μs ,光谱宽度为4.7nm ;调Q 锁模中调Q 重复频率为300k Hz 。 关键词 激光器;调Q;锁模;偏振旋转;Yb 3+光纤激光器中图分类号 TN 248.1 文献标识码 A Passive Q 2Switching and Modelocking Yb 3+2Doped Fiber Laser GAN Yu 1,2,XIAN G Wang 2hua 1,2,ZHOU Xiao 2fang 1,2,ZHAN G Gui 2zhong 1,2,ZHAN G Zhe 1,2,WAN G Zhi 2gang 1,2 1 College of Precision I nst rument and O ptoelect ronics Engineering , 2 Key L aboratory of O ptoelect ronics I nf ormation and Technical S cience (M inist ry of Education ),Tianj in Universit y ,Tianj in 300072, China Abstract An all fiber laser based upon nonlinear polarization rotation as an effective fast saturable absorber for mode 2locking is reported.The absorber can act as passive Q 2switching and modelocking.The ring laser with a highly Yb 3+2doped fiber as the gain medium ,pumped by a semiconductor laser of 976nm wavelength ,can operate in three different stable regimes by proper adjustments of pump power and polarizer orientations :Q 2switched ,Q 2switched mode 2locked and continuous wave (CW )mode 2locked.The center wavelength of the CW mode 2locked pulse is 1.05μm with a f ull width at half maximum (FW HM )spectrum of 13.8nm ,the pulse repetition rate is 20M Hz ,and an average output power is 15.82mW with 270mW pump power.In Q 2switched regime ,the laser generates 8μs duration pulses of 4.7nm FW HM spectrum at a repetition rate of 17.54k Hz.The Q 2switched repetition rate is 300k Hz in Q 2switched mode 2locked regime.K ey w ords lasers ;Q 2switched ;mode 2locked ;polarization rotation ;Yb 3+fiber laser 收稿日期:2005212201;收到修改稿日期:2006202227 基金项目:天津市科委基金(043601011)和高等学校博士学科点专项科研基金(20050056004)项目资助。 作者简介:甘 雨(1978— ),男,黑龙江牡丹江人,天津大学精密仪器与光电子工程学院博士研究生,主要从事超短脉冲激光器和超高速光通信的研究。E 2mail :rainmangy @https://www.360docs.net/doc/2f7127562.html, 导师简介:向望华(1947— ),男,湖南溆浦人,天津大学精密仪器与光电子工程学院教授,博士生导师,目前研究方向为光电子技术、超快激光与光通信技术方面的研究。E 2mail :wanghuaxiang @https://www.360docs.net/doc/2f7127562.html, 1 引 言 稳定、低噪声的超短脉冲光源在超快光谱学、多光子显微学、超快生物学和光通信等领域具有很重要的应用价值。锁模光纤激光器以其结构紧凑、小型化、成本低、易于实现全固化等优良的性能有望在许多应用中替代传统的固体锁模激光器。基于以上的特点,在过去的10年中,锁模光纤激光器得到了 极大的发展,大量的研究工作主要围绕掺铒光纤和 掺钕光纤进行[1～3]。近年来,同其他掺杂粒子相比,以镱元素作为增益粒子的掺镱光纤具有高的量子效率,没有基态和激发态吸收,长的上能级寿命,宽的吸收谱,在915nm 和976nm 处具有吸收峰,高掺杂时无浓度淬灭,便于半导体激光器抽运等优点,将取代掺钕光纤,成为1μm 波段的主要工作物质。在超
锁模激光器的工作原理及其特性
锁模激光器的工作原理及其特性 摘要： 本文主要介绍了锁模的基本原理和实现方法，并简单介绍了锁模激光器。 关键词：锁模，速率方程，工作原理 一、引言 如果在激光谐振腔内不加入任何选模装置，那么激光器的输出谱线是由许多分立的，由横纵模确定的频谱组成的。锁模就是将多纵模激光器中各纵模的初相位关系固定,形成等时间间隔的光脉冲序列。使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很高的超短脉冲。 二、锁模的概念 一般非均匀加宽激光器，如果不采取特殊选模措施，总是得到多纵模输出。并且，由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模。每个纵模输出的电场分量可用下式表示 ])-([),(q q z t i q q e E t z E ?υω+= （2.1） 式中，q E 、q ω、q ?为第q 个模式的振幅、角频率及初相位。各个模式的初相位q ?无确定关系，各个模式互不相干，因而激光输出是它们的无规叠加的结果，输出强度随时间无规则起伏。但如果使各振荡模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器将输出一列时间间隔一定的超短脉冲。这种激光器称为锁模激光器。 假设只有相邻两纵模振荡，它们的角频率差 Ω='=L c q q πωω1-- （2.2） 它们的初相位始终相等，并有01-==q q ??。为分析简单起见，假设二模振幅相等，二模的行波光强I I I q q ==1-。 现在来讨论在激光束的某一位置（设为0=z ）处激光场随时间的变化规律。不难看出，在0=t 时，二纵模的电场均为最大值，合成行波光强是二模振幅和的平方。由于二模初相位固定不变，所以每经过一定的时间0T 后，相邻模相位差便增加了π2，即 πωω2-01-0=T T q q （2.3） 因此当0mT t =时（m 为正整数），二模式电场又一次同时达到最大值，再一次发生二模间
谐波锁模光纤激光器脉冲振幅数值分析
谐波锁模光纤激光器脉冲振幅数值分析1 张静，曹志刚，徐峰，叶勇，张瑞珏，王保三，俞本立 安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室，安徽合肥(230039) E-mail ：jingzhang0311@https://www.360docs.net/doc/2f7127562.html, 摘 要：详细论证了马赫-曾德尔型调制器调制特性与直流偏置电压和调制深度的关系，精确给出了调制器线性调制范围。通过调节直流偏置电压和调制深度，来控制调制器透射曲线。理论分析得到锁模脉冲振幅均衡的条件是光脉冲序列经过调制器后经历相同的透射系数。在5GHz 调制频率下，采用时域分析法对锁模脉冲序列和调制曲线进行数值研究。用Matlab 软件模拟分析了2～7阶锁模光脉冲序列和调制曲线的时域分布图。数值分析结果表明：线性调制区与非线性调制区均可获得振幅均衡的锁模脉冲；当有理数谐波锁模阶数p >4时，调制深度β变化对脉冲振幅均衡程度影响剧烈。所用物理图像简洁明晰，结果对获得功率均衡的谐波锁模脉冲的实验研究有一定的参考意义。 关键词：激光器；有理数谐波锁模；透射曲线；脉冲振幅均衡 中图分类号： TN248 文献标识码 A 1. 引 言 发展高速、大容量光纤通信系统一直是光通信研究的热点。高速脉冲光源对实现未来超高速光通信至关重要。主动锁模光纤激光器因其具有可输出变换极限、啁啾小、调谐范围大、高重复频率脉冲等优点，逐渐引起人们的关注。1993年，Onodera 等人最先报道了有理数谐波锁模技术[1]，细微调整调制频率使得调制频率为(m±1/p)f bsc ，得到重复频率为(mp±1)f bsc 的脉冲输出。其中f bsc 为谐振基频，m, p 为任意整数。有理数谐波锁模技术可以突破调制器带宽的限制产生更高频率的超短脉冲。E. Yoshida 等人得到频率高达200GHz 的锁模脉冲[2]。有理数谐波锁模技术由于存在频率失谐，只有二阶有理数谐波锁模可以得到振幅均衡稳定的锁模脉冲序列。但实际应用的光源应是脉冲振幅均衡的稳定锁模脉冲序列，因此使有理数谐波锁模技术实用化的关键问题是解决高阶有理数谐波锁模脉冲振幅不均衡。目前，主要有以下几种方案:非线性环形镜(NOLM)[3]、半导体光放大环形镜(SOA)[4]、非线性偏振旋转技术(NPR)[5]和光反馈[6]等来实现脉冲振幅均衡。本文通过同时调节直流偏置电压和调制深度[7]，使两者获得最佳匹配，来实现脉冲振幅均衡。文中详细论证了调制器调制特性与直流偏置电压和调制深度的关系，精确给出了调制器线性调制范围。在5GHz 调制频率下，采用时域分析法对锁模脉冲序列和调制曲线进行数值研究。用Matlab 软件模拟分析了2～7阶锁模脉冲序列和调制曲线的时域分布图。结果表明：在线性调制区与非线性调制区均可获得振幅均衡的锁模脉冲，当有理数谐波锁模阶数p >4时，调制深度变化对脉冲振幅均衡程度影响剧烈。 2. 马赫-曾德尔型调制器的调制特性 加在马赫-曾德尔型调制器上的电压可表示为[7] ()mod sin(2)bias ac V t V V f t πφ=++ (1) 其中bias V 为偏置电压，ac V 是频率为mod f 的正弦射频信号的电压幅值。φ为射频信号初始相 1 本课题得到安徽省优秀青年基金资助项目资助(04042045)
激光锁模技术
激光锁模技术 作者：付永旭 摘要：自由运转激光器的输出一般包含若干个超过阈值的纵模，锁模技术让谐 振腔中可能存在的纵模同步振荡，让各模的频率间隔保持相等并使各模的初位 相保持为常数，激光器输出在时间上有规则的等间隔的短脉冲序列。激光锁模 主要有主动锁模、被动锁模、同步锁模、注入锁模及碰撞锁模等几种。典型锁 模技术声光调制锁模是在腔内插入一个受外界信号控制的调制器，周期性改变 振荡模式的某个参量而实现锁模的方法，属于主动锁模。随着波分复用和光时分 复用技术的飞速发展，锁模光纤激光器以其优越的性能将在未来高速光通信系统中发 挥重要作用。 正文： 一．激光锁模概念 产生激光超短脉冲的技术常称为锁模技术（mode locking)。这是因为一台自由运转的激光器中往往会有很多个不同模式或频率的激光脉冲同时存在，而只 有在这些激光模式相互间的相位锁定时，才能产生激光超短脉冲或称锁模脉冲。世界上是在1964年底首先对He-Ne激光器实现锁模并获得了910 --s的 10~10 光脉冲列。此后，激光锁模的理论和方法不断推陈出新，相继出现了红宝石、 )量级的窄脉冲。八十YAG、钦玻璃及有机染料等锁模激光器，获得了ps(12 10- 年代初，Fork等人又发展了碰撞锁模的理论，使锁模光脉冲进入了fs(15 10-) 量级，这是至今在实验室利用其它手段尚不能实现的最短时标。这就为研究物 质微观世界超快速过程提供了新的工具，并将开阔这些领域的新前景。.
二．激光锁模原理 自由运转激光器的输出一般包含若干个超过阈值的纵模，如图所示。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。 假设在激光工作物质的净增益线宽内包含有N 个纵模，每个纵模输出的电场分量可用下式表示: 那么激光器输出的光波电场是N 个纵模电场的和，即 E q 、ωq 、φq 为第q 个模式的振幅、角频率及初位相。各个模式的振幅E q 、初位φq 均无确定关系,各个模式互不相干,因而激光输出是它们的无规叠加的结果,输出强度随时间无规则起伏。 假设有三个光波，频率分别为v 1 v 2 和 v 3，沿相同方向传播，并且有如下关系： ， 在未锁定时，初相彼此无关。由于“破坏性”的干涉叠加，形成的光波没有一个地方有突出的加强，输出的光强只在平均光强级基础上有一个小的起伏扰动。 )()(q q t i q q e E t E ?ω+=() ()q q i t q q E t E e ωφ+=∑21311230 2, 3v v v v E E E E =====1v 2v 2, 3v v v v E E E E =====3 v