3.3 被动锁模
激光被动锁模技术的原理及应用
激光被动锁模技术的原理及应用简介激光锁模技术是一种通过调整光源和谐振腔的特性来实现锁定光波的模式的技术。
激光被动锁模技术是在被动元件的作用下实现激光锁模的一种技术。
本文将介绍激光被动锁模技术的原理及其在激光器、光通信和光谱分析等领域的应用。
激光被动锁模技术的原理激光被动锁模技术的原理基于被动元件对激光光波的调制和过滤作用。
主要包括以下几个方面：1.调制：激光光源产生的光波经过被动元件的调制，改变其频率、相位等特性。
常用的被动元件包括光纤、薄膜滤波器等。
2.过滤：被动元件对激光光波进行频率选择性过滤，将其锁定在特定的模式上。
通过选择合适的滤波器参数，可以实现特定波长的锁模。
3.反馈：被动元件对锁定的光波提供反馈，使其保持稳定的模式。
这种反馈机制可以通过调整被动元件的参数来实现。
激光被动锁模技术的应用1. 激光器激光被动锁模技术可以应用于激光器的波长选择和模式控制上。
•波长选择：利用被动元件的频率选择性过滤作用，可以实现激光器在特定波长范围内的选择性发射。
这对于光通信、光谱分析等领域具有重要意义。
•模式控制：被动元件可以锁定激光器的输出模式，使其保持稳定的单模态输出。
这在一些精密测量、光学仪器等领域中非常有用。
2. 光通信激光被动锁模技术在光通信中的应用也非常广泛。
•波长分割多路复用：通过锁定激光器的特定波长模式，可以实现波分复用技术，将多个信号同时传输在同一光纤上，提高光纤的利用率。
•光路限制：激光器在特定波长模式下传输光信号，可以减少光子的传输丢失，提高光信号的传输距离和质量。
3. 光谱分析激光被动锁模技术在光谱分析领域也有重要应用。
•高分辨率谱分析：被动元件可以锁定光源的单模态输出，使得光谱分析具有高分辨率和高稳定性，提高分析的准确性。
•光子计数：通过锁定光波的模式，可以实现对光子的精确计数，为光谱分析提供精确的数据。
总结激光被动锁模技术通过被动元件的调制、过滤和反馈作用，实现对激光光波的锁定和稳定输出。
被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究
被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究摘要：本文研究了被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究，主要包括锁模激光的产生机制、锁模条件的数学推导、锁模激光的特性、实验平台的构建及实验结果。
在理论分析方面，通过建立光纤传输方程，推导出锁模条件，分析了参数对锁模效果的影响。
在实验方面，设计并搭建了实验平台，通过调节光纤长度、反射镜间距等参数，实现了被动锁模光纤激光器的产生。
实验结果表明，经过优化的参数可以得到高质量的锁模激光，具有优异的光束质量和稳定性。
本研究结果对于实现高质量光信号传输具有重要意义，对于光纤通信系统的发展具有一定的推动作用。
关键词：被动锁模、光纤激光器、锁模条件、光束质量、实验研究1. 引言被动锁模光纤激光器具有高光束质量、高稳定性、高效率等优点，在光通信、光测量、激光器制造等领域得到了广泛应用。
锁模光纤激光器的锁模条件是实现锁模的重要保障。
本文通过理论分析和实验研究，探讨了被动锁模光纤激光器的锁模条件、锁模效果及其影响因素，对于实现高质量光信号的传输有着重要意义。
2. 理论分析2.1 光纤传输方程光纤传输方程是研究被动锁模光纤激光器的理论基础。
假设光纤中的光场可以用标量波动方程描述，则光纤传输方程可以表示为：∂E(x,t)/∂z + αE(x,t) = -j2πn(x,t)E(x,t)其中，E(x,t)表示空间坐标为x点的光场强度，n(x,t)表示光纤中介质折射率分布，α为介质损耗常数。
2.2 锁模条件为了实现被动锁模光纤激光器，需要满足一定的锁模条件。
通过对光纤传输方程的求解，可以得到锁模光纤激光器的锁模条件：L = 2*π*(d1+d2)/m其中，L为光纤长度，d1、d2表示光纤两端的反射镜间距，m为锁模振荡腔理论模式数。
3. 实验研究3.1 实验平台本实验使用光纤放大器作为掺铒光纤，构建了一套简单的被动锁模光纤激光器实验平台。
实验平台包括光源、光纤、光栅片、反射镜、功率计等设备。
利用被动锁模技术实现超短脉冲激光输出实验
更 加深 刻地 理解 并掌握 锁 模概 念 有实 际 意义 ．实
验 结 果表 明 本 实 验 实 现 了 Ｌ 直 接 泵 浦 的 高 效 Ｄ
率 、 型化 全 固态超快 激 光运转 ， 小 这种 全 固态小 型
超快 脉 冲激 光 实 验 系统 不 仅 具有 超 短 脉 冲 宽度 、 结构 紧 凑 、 积小 、 易 发 生 光学 失调 等 优 点 ， 体 不 而 且避 免 了主动 锁模 的高 压 或 射频 电源 驱 动 ， 常 非 适合 培养 学生 的实验 操作 能力 ．
４ｍｍ×４ｍｍ×８ ｍｍ， 减 少 腔 内元 件 的损 耗 ， 为 Ｎｄ： ＹＶＯ 晶体 靠 近 泵 浦 光 的一 面 兼 作 输 入镜 ，
腔设 计 ， 以实 现 的现 象仅 限 于从调 Ｑ 到调 Ｑ 锁 可
模 的过程 ， 学生 无法 观察 从调 Ｑ锁 模 到 连续 锁 模 的整 个 变 化过 程 ， 响 了实 验 教 学 效果 ．本 实 验 影 系统从 理 论 研 究 人 手 ， 理 地 设 计 了 Ｚ型 谐 振 合
２ 实 验 原 理 及 装 置
激光 晶体 是 全 固态 激 光 器 中 重 要 的元 件 之
一
获得 被动 锁模 激 光 运转 是 一 种 有 效 的 技术 手 段 ．
，
在 很 大程度 上决 定 了激光 器 的输 出特 性 ， 了 为
由于半 导 体 可饱 和 吸 收镜 简 单 、 可靠 、 低成 本 、 使 用方 便 以及能 够得 到稳 定 的锁模 脉 冲 ， ２ 自 Ｏ世纪 ９ Ｏ年 代半 导 体 可饱 和 吸收 镜 Ｓ Ｓ Ｅ ＡＭ 一 经 出现 ， 便 很 快 被 应 用 于 全 固态 被 动 锁 模 激 光 器 中． 目 前， 适用 于各 种 波 长 固体 激 光 器 的 Ｓ Ｓ Ｅ ＡＭ 几乎 都 可 以实现 ， 且 Ｓ Ｓ 并 Ｅ ＡＭ 已经 在 各 种 固体 激 光 器 和光 纤激 光器 上 得 到 广 泛应 用 ， 来 实 现 被 动 用 调 Ｑ及 连续 锁模 ， 现超短 脉 冲输 出． 实
被动锁模Yb 3+光纤环形腔激光器的研究
被 动锁模 或 自锁 模光 纤 激光 器是 利用光 纤或其 他元 件 中的非 线性 光学 效应 实现锁模 工作 的 ， 激光器 结构 简单 ， 不 需要插 入任何 调制 元 件 ， 一定 条件 下 ， 在 激光 器 可以实 现 自启 动锁模 工作 ， 获得宽 度很 窄 （ｓ ｆ 量级 ） 的脉冲 ， 且 不 存在超模 噪声 ｒ］ 目前 ， 模光 纤激光器 产 生超短 脉 冲主 要 的 腔体 形 式有 线 形腔 、 形 腔等 。直线 腔 采用 ５。 锁 环 非 全光纤 结构 ， 入 损耗 大 、 插 技术 复 杂、 实用化 比较 困难 ， 而环 形腔 掺 Ｙｂ 计光 纤激光 器易 于 自起动 ， 型结构简 腔
会 旋 转 ， 它重 新 回到起 偏器 （ 时相 当于 检偏器 ） ， 但 这 时 由于
２／ ｌｔ ４ ｐ ａｅ＾
偏振控 制 器 Ｐ 的作 用使 得 低 强 度 的椭 圆偏 振 光 的偏 振 Ｃ 态与起 偏器 的偏振 方 向垂 直 ， 而低 强 度 的椭 圆偏 振 光 在 因 腔 内的传 输 损 耗 很 大 。当 高 强 度 的 椭 圆 偏 振 光 通 过 光 纤 时 ， 自相 位 调制 （Ｐ 和交叉 相位 调 制 （ Ｐ 的作 用 较 其 Ｓ Ｍ） Ｘ Ｍ） 强 ， 圆偏 振 态 就 会 旋 转 ， 而 它 能 够 无 损 耗 地 通 过起 偏 椭 因
摘
要 ： 采用 ９ ４ｎ ７ ｍ半导体激光器作为泵浦 源， 超高掺 杂 Ｙｂ 。 光纤作为增益介 质， 利用光 纤的非线 性
偏振旋转效应 ， 得到稳定 的 ｐ 量级锁模光脉 冲。泵浦功率 ２ ０ｍｗ 时 ， ｓ ２ 激光 器锁模阈值功率 １０ｍＷ， 出功 ５ 输 率 ２ ６ｍｗ， 锁模光脉冲 中心 波长 １０６ｎ ３ｄ ４ ｍ， Ｂ带 宽 ６ ０ ｍ，０ｄ ． １ｎ ２ Ｂ带宽 １ ｉ 脉 宽 ２ ｓ 重 复频 率 ２ ６ｒ ｍ， ２ｐ ， Ｏ ＭＨｚ 。与同类光纤激光器 相 比． 该激光器输 出功率高 ， 具有更好 的稳定性 。 关键词 ： 光纤 激光 器 ； 被 动锁模 ； 超高掺杂 ； Ｙ 光纤 ｂ
锁模现象
从形成过程看，被动锁模是由很多脉冲相互竞争的结果。 脉冲的出现是随机的，造成每一次输出不同。受染料的浓 度，泵浦光源，谐振腔的结构，调整误差影响。
LD
T02 2
• 自锁模脉冲的压缩
▫ 产生负群速度色散的方法 有衍射光栅等多种,目前 最广泛应用的是在激光腔 内插入两块高色散的棱镜
d 2P d2
4l
d 2n d2
2n
1 n3
dn d
2
sin
2
dn d
2
cos
d 2 3 d 2 P d 2 2c2 d2
d 3P
d 3n 4l(
ⅱ）从时间域看，脉冲的宽度变窄，对脉冲的前后沿有压缩，当驰豫时间即
ⅲ）染从料频的谱上能加级宽频b ≤谱脉－宽脉时冲，经脉过冲染的料前，后激沿光吸介收质也时不，同可。以激发更多的边频
耦合了更多的模式，这时腔内的损耗具有周期形 。
（三）非线性放大阶段（主要压缩脉宽阶段） 特点：染料饱和 工作物质，增益饱和－非线性放大
( z, t )
z
32 2
32n3 A(z, t)
n3 t
14 IP n1
32n3I (z,t),
n1 n3 n
I p z
14n1I p ,
I (4,t) I (0,t h)
I (0,t) h I (0,t) h2 2 I (0,t) I (0,t)G(t) 4 [I (0,t)G(t)]
3.2 主动锁模
式中：
Ac EcT0 振幅的平均值，
Ec T0 Em m 调制系数 Ac Ac
Em 振幅变化幅值。
光波受到振幅调制的频谱。
1 E t Ac sin c t c mAc sin c m t c 2 1 mAc sin c m t c 2 光波的频率 c 与其边频 c m 之间的相位差为0。这几个频
光波通过晶体以后的附加相位变化为：
(t ) 2
ln(t )
l 3 33 ne V0 cos( m t ) d
l：x方向通光晶体的长度
可见附加相位按调制信号的规律变化，光波的相位受到调制。 相位变化－总相位变化→频率变化→对微分得到：
d t 3 t 33neVmm sin mt dt d
1 0
2L
0
m
1
0
2L
0
m
调制激发的边频实际上是相邻的两个纵模频率，这样中 心频率调制的结果，使与它相邻的两个纵模振荡。
1 , 2 通过激光介质被放大，当它们通过调制器时，这两个 模又受到调制，调制的结果又激发了新的边频 c 1 1 m 1 2 c 1 m 1 0
自动补偿系统
工作模式一 工作模式二
3.3 被动锁模
3.3.1 固体激光器的被动锁模: 在腔内放一个装有机染料的染料盒，依靠有机染料的 饱和吸收过程（有机染料的饱和吸收原理在Q开关中已 经讲过），染料的吸收率是频率和光强的函数。 时域的分析 频域的分析 和Q开关的区别 ① 染料的激发态寿命不同 ② 染料盒紧靠全反镜
被动锁模的物理过程
由不规则的脉冲演变为锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段。 （一）线性放大阶段 各模式振荡（由光的随机起伏－相位固定过度）,增加强弱脉冲的差 别，甚至使弱脉冲消失。 特点：初始阶段，有机染料未饱和－非线性吸收光波场－自发辐射的 荧光－G> 时，产生激光，在激光介质中线性放大-增益未饱和。 自发辐射的荧光几乎包括腔内所有模式，频谱宽，但光强弱，随着 的增加，当G> 时，产生激光，激光强度波形涨落形式，腔内总电 场可表为各模式电场之和。各模之间的相位无规则分布.
被动锁模光纤激光器多孤子脉冲形成机理
被动锁模光纤激光器多孤子脉冲形成机理
被动锁模光纤激光器是一种先进的光纤激光器，它能够发出更强大、更稳定的多孤子脉冲，并有更好的空间结构，可以较好地满足应用需求。
本文将介绍其多孤子脉冲形成机理，深入分析其在中国应用和发展的情况，以期帮助读者更好地理解、使用该光纤激光器。
被动锁模光纤激光器是一种采用被动锁模技术的光纤激光器，其多孤子脉冲形成机理是通过一种叫做“被动锁模多孤子脉冲”的技术来实现的。
这种技术利用一种叫做“自锁模”的物理过程，使激光器中的激光波形限制在一个稳定的状态，从而产生多孤子脉冲。
这种技术的主要特点是信号稳定性好，多孤子脉冲可以调制、拉长、收缩，可以得到高空间结构的多孤子脉冲。
被动锁模光纤激光器在中国有很多应用，比如用于激光加工行业，用于激光显示和投影行业，用于激光测量计量行业，用于激光通讯行业，用于激光医学诊断行业等等。
在这些行业中，被动锁模光纤激光器能够发出更强大、更稳定的多孤子脉冲，并且具有更好的空间结构，使应用更加方便，获得了一定程度的成功。
此外，目前国内也正在大力开展被动锁模光纤激光器的研究和开发工作，为量子光子学、量子信息处理、量子传感和量子通信等领域提供了重要技术支持。
总之，被动锁模光纤激光器的多孤子脉冲形成机理具有良好的实用性，并在国内外得到广泛应用，帮助人们更好地解决了应用问题。
由于其优越的技术性能，被动锁模光纤激光器被认为是未来光纤激光器的发展方向，也是未来量子通信领域的重要技术支撑。
锁模技术
5.碰撞锁模
碰撞锁模是当今用于产生脉宽短于100f民且输出稳定的超短脉冲的最好 方法。在环行腔内，分别沿顺时针和逆时针方向传播的两路光脉冲 恰好在可饱和吸收染料处相撞，在该处形成驻波，因而造成可饱和吸 收介质上下能级间粒子数的空间分布，称之为粒子数分布“光栅”，由于 介质的折射率与其能级间的粒子数分布有关，介质内便会形成折射率的空 间周期分布。在形成“光栅”的过程中，两个光脉冲的前浩能量被吸收， 由于可饱和吸收介质的弛豫时间较脉冲本身的弛豫时间长得多，故脉冲后 沿通过可饱和吸收介质时，粒子数分布光栅的调制度仍然很高，光脉冲的 后沿便经受了较强的后向散射。这样，光脉冲的前后沿都受到削弱，经受 多次循环，结果光脉冲可以压缩得很窄，一般比被动锁模的光脉冲的宽度 要窄3-4倍，从而可获得looPs、100mw量级且稳定度高达1%的锁模脉冲输出。
动锁模那样稳定性高，实现锁模的激发机率仅60~70%，主要适用于脉冲工 作方式的锁模。
3.同步泵锁模
同步泵浦锁模激光器，是采用一台锁模激光器脉冲序列，泵浦另一台 激光器，通过调制腔内增益的方法获得锁模。 实现同步泵浦锁模的关键是，使被泵浦激光器的谐振腔长度与泵浦激 光器的谐振腔长度相等或是它的整数倍。 在一定的条件下，增益受到调制．其调制周期等于光在谐振腔的循环 周期。与损耗调制类似，在最大增益时域内形成一短脉冲，其脉冲宽度比 所用的泵浦脉冲宽度窄得多。 同步泵浦锁模对染料激光器具有实用意义，因为染料具有很宽的增益 线宽(1013~1014 Hz)，同步泵浦染料激光器产生的超短脉冲的频率在整个光 谱范围内连续可调。
在环行腔内分别沿顺时针和逆时针方向传播的两路光脉冲恰好在可饱和吸收染料处相撞在该处形成驻波因而造成可饱和吸收介质上下能级间粒子数的空间分布称之为粒子数分布光栅由于介质的折射率与其能级间的粒子数分布有关介质内便会形成折射率的空间周期分布
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由不规则的脉冲演变为锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段。 （一）线性放大阶段 各模式振荡（由光的随机起伏－相位固定过度）,增加强弱脉冲的差 别，甚至使弱脉冲消失。 特点：初始阶段，有机染料未饱和－非线性吸收光波场－自发辐射的 荧光－G> 时，产生激光，在激光介质中线性放大-增益未饱和。 自发辐射的荧光几乎包括腔内所有模式，频谱宽，但光强弱，随着 的增加，当G> 时，产生激光，激光强度波形涨落形式，腔内总电 场可表为各模式电场之和。各模之间的相位无规则分布.
被动锁模固体激光器的结构 为了消除标准具效应，应格光学元件表面切成布儒斯特角 用于锁模的可饱和染料必须具备如下条件(a)染料的吸收诺 线与激光波长相匹配(b)其吸收线的线宽大于或等于激光线 宽。(c)其弛豫时间短于脉冲在腔内往返一次的时间 泵浦功率以略高于激光阈值为宜
染料激光器的被动锁模
当n2的弛豫时间Tr远远比脉冲宽度τp快
n(t ) n2 I (t )
(t ) KLn(t ) KLn2 I (t )
(t ) 0 (t ) (t )
(t ) (t ) [ KLn 2 I (t )] t t
(t ) 2 c(t ) 2 [ KLn2 I (t )] t t
相位调制脉冲
3.4.2 同步泵浦锁模激光器的结构
泵浦激光器 染料激光器
同步泵浦染料激光器的示意
能产生非常稳定的超短脉冲的装置示意图
快速控制回路 慢速控制回路
采用两种控制回路的同步泵浦染科激光器
3.5 自锁模 自锁模技术的发展 自锁模技术的优点
自锁模技术才有可能得到最窄脉冲 噪声低,稳定性好
掺钛蓝宝石晶体的荧光光谱
泵浦源
氩离子(Ar+)激光器 倍频Y 色散补偿 自锁模激光器的自启动
超短脉冲压缩技术
超短光脉冲传输过 程中的非线性效应 介质中的色散效应
介质的色散
2 2 d n D d2
n(t ) n n0 n2 I (t )
3.5.1 自锁模机理
定义：在一定的条件下，激光介质和谐振腔内的激光辐 射之间的相互作用，可以使振荡模之间保持一固定相位 关系，而不需加任何其他锁模元件，自锁。钛宝石激光 器中的自锁取得成功。 大多数认为,自锁模现象与掺钛蓝宝石增益介质的克尔效 应引起的光束自聚焦效应有关 2 m fm n n0 n2 I (t ) 4nm L
i U (0, ) exp( 2 2 z iT )d 2 2 T02 T T2 U (0, T ) exp( 2 ) U ( z, T ) 2 exp[ ] 2T0 T0 i 2 z 2(T02 i 2 z )
T1 T0 [1 ( z LD ) ]
t
稳定的脉冲状态（锁模区）
(1)泵浦能量越大或反射率越大，则脉冲能量越大而 脉宽越窄。在反射率或泵浦能量比较小的情况下，脉 冲宽度倒数和脉冲能量显示出单调的特性。 (2)泵浦能量和反射率不同，产生的最窄脉冲的时延 也不同。 (3)脉冲的形状与泵浦能量和反射率有关。当泵浦能 量和反射率比较小时，脉冲几乎是对称的。反之，随 着泵浦能量和反射率的增大．脉冲逐渐呈不对称型。 泵浦能量保持不变而脉冲宽度改变，对激光脉冲的参 数影响不大。
被动锁模染料激光器的结构 被动锁模染料激光器的工作原理 与固体染料激光器的不同之处
用闪光灯泵浦的染料激光器的谐振腔结构
染料激光器腔内参数对锁模的影响
锁模的稳定区范围与吸收损耗和增益的大小成正 比。较大的吸收损耗产生较宽的稳定区，这时需 要提高泵浦功率。 稳定区范围非常敏感地依赖于在谐振腔内的周期 与弛豫时间之比 T T31
在一周期2L/c时间内，光波通过有机染料、激活介质各一次。强脉 冲吸收的少，弱脉冲吸收的多-非线性吸收；在激活介质中，强脉冲放 大的多，弱脉冲放大的少－线性放大，因此强脉冲加强，弱脉冲光强 减少，甚至消失，脉冲个数减少，频谱变窄－这种变化的周期2L/c 。 结果：脉冲个数减少，频谱变窄，放大的强信号变得平滑和加宽。 注意：由于吸收饱和的光强要比腔中刚开始振荡的光强高若干数量级， 因此线性区比较长。
3.3 被动锁模
3.3.1 固体激光器的被动锁模: 在腔内放一个装有机染料的染料盒，依靠有机染料的 饱和吸收过程（有机染料的饱和吸收原理在Q开关中已 经讲过），染料的吸收率是频率和光强的函数。 时域的分析 频域的分析 和Q开关的区别 ① 染料的激发态寿命不同 ② 染料盒紧靠全反镜
被动锁模的物理过程
从形成过程看，被动锁模是由很多脉冲相互竞争的结果。 脉冲的出现是随机的，造成每一次输出不同。受染料的浓 度，泵浦光源，谐振腔的结构，调整误差影响。
锁模脉冲的形成 ta－线性阶段开始，tb－非线性阶段开始，tc －非线性放大， 增益饱和。td－增益降至阈值，到达最大光强，脉冲的包络振 幅，由饱和光强和反射镜的透过率决定。 被动锁模在脉冲激光器中进行，输出的脉冲序列包络和被动Q 开关脉冲相似。 被动锁模的过程 (1)频谱：宽频谱－窄－宽 (2)光强：光的随机起伏－光有规律－形成一个脉冲。 (3)相位－由相位随机－相位固定。 特点： 优点：被动锁模的结构简单，不需要人为的控制。 缺点：稳定性差。输出的强度不稳定。
谐振腔
反射镜,可以选择激射波长
M2
H M1 L1 C M3
F
工作介质 泵浦源
L2
P1
P2 M4
工作介质,掺钛蓝宝石 物理特性
掺钛蓝宝石晶体是掺钛的 Al2O3单晶,属六角晶系 物化性质与红宝石相似,稳定 性好 热导率是Nd:YAG的3倍 熔点2050℃硬度大(9级),折射 率为1.76
掺钛蓝宝石晶体的结构
Ti3+的能级结构
Ti3+的电子态1s22s22p63s23p63d1 角量子数为l=2,自旋量子数s=±1/2,因此电子轨道有5种 取向,能级为5重简并
能级分裂情况
钛宝石晶体的光学吸收 和发射过程示意图
吸收光谱,荧光光谱 品质因素 FOM m r
掺钛蓝宝石晶体的吸收光谱
碰撞锁模激光器装置
在碰撞锁模激光器中存在可饱和增益,可饱和吸收,自 相位调制和色散四种主要物理机制,四者的平衡是获 得窄脉冲稳定锁模的关键.
碰撞锁模环形激光器
3.4 同步泵浦锁模
是采用一台锁模激光器脉冲序列泵浦另一台激光器， 通过调制腔内增益的方法获得锁模 实现同步泵浦锁模的关键是使被泵浦激光器的谐振腔长 度与泵浦激光器的谐振腔长度相等或是它的整数倍
(t ) cI (t )
c(t ) c I (t ) t
超短光脉冲在介质传输中的自相位调制效应
光栅对
激光腔内插入负色散元件
A 1 2 A i 2 z 2 T 2
U ( z, t ) 1 2
i U ( z, ) U (0, ) exp( 2 2 z ) 2
2 12
LD
T02
2
自锁模脉冲的压缩
产生负群速度色散的方 法有衍射光栅等多种, 目前最广泛应用的是在 激光腔内插入两块高色 散的棱镜
2 2 d 2 n d 2P 1 dn dn 4l 2 2n 3 sin 2 cos d2 n d d d
（二）非线性吸收阶段（进行相位固定阶段） 特点： 染料，强脉冲使染料饱和，弱脉冲不能使染料饱和－ 非线性吸收－主要作用。 工作物质－增益G未饱和－线性放大。 在此阶段存在三个重要作用 ⅰ）强脉冲的强度能使染料饱和－损耗少（相对值小）。弱脉冲不能使染料 饱和－吸收的多－在I未达到Is，工作物质中线性放大的少。结果脉冲个数 减少到1－2个（频谱窄）。 ⅱ）从时间域看，脉冲的宽度变窄，对脉冲的前后沿有压缩，当驰豫时间即 染料的上能级 b ≤脉宽时，脉冲的前后沿吸收也不同。 ⅲ）从频谱 加宽频谱－脉冲经过染料，激光介质时，可以激发更多的边频耦 合了更多的模式，这时腔内的损耗具有周期形 。
nm n2 I m (t )
0 I (t )
自锁模脉冲的形成
初始脉冲的形成
• 必须首先在腔内引入一个瞬间扰动
稳定锁模脉冲的形成 附加启动措施
• • • • 利用声光调制再生启动 利用饱和吸收体 利用量子阱反射器 利用振动镜启动
掺钛蓝宝石自锁模激光器示意图 激光器的基本组成
（三）非线性放大阶段（主要压缩脉宽阶段） 特点：染料饱和 工作物质，增益饱和－非线性放大 由于脉冲强度进一步增大，耦合的模式增大，脉冲前沿的光可使染料饱和， 前沿变陡。对于激活介质来说，介质增益饱和，强脉冲通过放大介质时， 前沿中心部位放大的多，脉冲后沿可能放大的少，经过几次放大过程－前 后沿变陡－脉冲变窄。弱脉冲进一步受到抑制，最后腔中剩下一个脉冲振 荡。
同步泵浦锁模对染料激光器具有实用意义
3.4.1 同步泵浦锁模原理 1）增益阶段 2）脉冲压缩阶段
同步泵浦染料激光器的特性
同步泵浦锁模激光器的理论分析
同步泵浦激光器的谐振腔示意图 M1为100%的反射镜;M2为反射率 为R的输出镜;0,1,2,3,4表示循 环周期中脉冲的各个位置
I ( z , t ) ( z , t ) 32 n3 I ( z , t ), 32 32 n3 A( z , t ) z z 2 n3 14 I P n1 32 n3 I ( z , t ), n1 n3 n t I p 14 n1 I p , I (4, t ) I (0, t h) z I (0, t ) h 2 2 I (0, t ) 4 I (0, t ) h I (0, t )G (t ) [ I (0, t )G (t )] 2 t 2 t t 2{ [ I (0, t )G (t )]}2 12 2 [ I (0, t )G (t )] t 2 2 2 t I (0, t )G (t ) G (t ) {exp[ 32 ( I (0, t ) I p (0, t ))dt ]} [ ( L t )]1 R