锁模原理
第28讲锁模原理主动锁模技术
5
28.1 概述
二、超短脉冲特性
高时间分辨率：超短脉冲的脉宽在ps、fs甚至更短，能够作 为测量固体物理、化学、生物材料等领域超快物理过程 的测量工具。
高空间分辨率：超短光脉冲空间长度是脉冲宽度与光速的乘 积，随着光脉宽的缩短，其空间长度也不断缩短，已经达 到微米量级，这在显微成象方面有很大用途。
例如：钕玻璃介质，锁模可以得到PS量级的超短脉冲， 而对于He Ne激光器，，不能获得小于1ns的脉冲。
根据采用的锁模方法不同，可以分为主动锁模、被动 锁模、自锁模、同步泵浦锁模等等。
24
28.4 声光驻波场振幅调制主动锁模
一、原理
高带宽：光脉冲的脉宽和其带宽乘积为相同数量级，脉宽缩 短，则带宽增加。100 fs的脉冲宽度其带宽达到了10THz，最 短的可见光波段超短激光脉冲的带宽已经包含了大部分可 见光光谱区，看起来象白光一样。高带宽在光通信方面非 常重要。
6
28.1 概述
高功率激光：激光器输出功率提升意味着体积的增加，也意 味着费用的增长， fs技术可以用中等输出能量的激光器产 生有极高峰值功率激光输出，目前已达到1015W 量级的峰值 功率和1020W / cm2的光强。
光学频率起伏与“跳模”等。
4、各纵模非相干叠加： d dt
q1
t
d t
dt
const .
9
28.2自由运转多纵模激光器
以上各点互相关联，由于色散造成的 q
和各纵模初始
m
相位随机分布造成了 t 的随机分布， 最终造成输出的光场
在时域随时间做无规则起伏，属于非相干叠加，没有干涉项，
为非同步辐射。
在通常条件下，多纵模自由运转激光器的输出光强为各纵模 光强的之和，是各纵模光电场无规则，非相干叠加的结果。
可饱和吸收体锁模原理
可饱和吸收体锁模原理
可饱和吸收体锁模原理是一种基于量子阱材料的锁模技术，该技术利用了量子限制效应，通过改变材料表面的光吸收特性和光折射率来完成激光锁定。
以下是该原理的详细解释：可饱和吸收体是一种特殊的材料，其吸收特性随着光强的变化而改变。
在弱光照射下，可饱和吸收体会吸收大部分光线，使得激光无法形成。
然而，当光强增加到一定程度时，可饱和吸收体达到饱和状态，其吸收系数降低，使得激光能够通过并形成稳定的脉冲。
在激光器中，可饱和吸收体被放置在激光腔内，当激光在腔内来回反射时，会多次通过可饱和吸收体。
这样，强脉冲部分由于能量较高，更容易使可饱和吸收体达到饱和状态，从而更容易通过并形成稳定的脉冲。
而弱脉冲部分则会被吸收体吸收，逐渐消失。
通过调节可饱和吸收体的参数和激光器的腔长等参数，可以实现对激光脉冲的精确控制。
这种锁模技术具有高效率、稳定性和可靠性等优点，被广泛应用于超快激光领域。
模具锁模扣工作原理
模具锁模扣工作原理模具锁模扣是一种常见的用于模具锁模的装置，其工作原理是通过锁紧和释放的动作来固定和松开模具。
模具锁模扣通常由几个部件组成，包括锁模块、锁模座、锁模杆和锁模板等。
这些部件通过相互配合，实现了模具的稳固锁定和解锁。
在模具的使用过程中，为了保证产品的质量和生产效率，需要确保模具的稳定性和准确性。
而模具锁模扣就起到了固定模具的作用，使得模具在生产过程中保持稳定的位置，避免模具的偏移和变形，从而保证产品的精度和一致性。
同时，模具锁模扣还可以提高生产效率，减少生产中的故障和停工时间。
模具锁模扣的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 锁模动作：在模具使用前，先将模具座安装在机械设备上，并将模具放置在模具座上。
然后将锁模块安装在模具座上，并通过螺纹或销钉等方式固定在模具座上。
锁模杆与锁模板相连，通过锁定装置固定在模具上方。
当需要锁定模具时，通过操作锁定装置，使锁模杆向下运动，锁定模具。
锁定装置通常采用螺纹或液压系统，通过控制开关或手柄来实现锁定动作。
2. 释放动作：在模具使用结束后，需要将模具解锁并取出。
通过操作解锁装置，使锁模杆向上运动，解除锁定。
解锁装置通常与锁定装置相反，可以是螺纹杆的反向旋转或液压系统的释放，以实现解锁动作。
解锁后，模具可以被轻松地取出或更换。
3. 调整和维护：在使用模具锁模扣时，还需要进行一些调整和维护工作，以确保其正常运行。
例如，需要定期检查锁模块和锁模座之间的配合精度，确保其紧密连接，避免松动或卡滞。
同时，需要保持锁模杆的清洁和润滑，以减少摩擦和磨损，延长使用寿命。
模具锁模扣的工作原理可以说是简单而有效的。
通过锁定和解锁动作，模具可以牢固地固定在模具座上，并在需要时方便地取下。
这种装置不仅提高了模具的稳定性和准确性，还可以提高生产效率和产品质量。
因此，在模具制造和使用过程中，模具锁模扣是一个不可或缺的重要部件。
模具锁模扣通过锁定和解锁的动作，实现了对模具的固定和释放。
二板注塑机锁模原理
二板注塑机锁模原理您知道吗，二板注塑机锁模这事儿可有意思啦！咱先来说说为啥要有锁模这一步。
您想啊，注塑的时候那可是要把塑料液体往模具里灌，如果模具没锁好，那还不得乱流，做出的东西不就歪七扭八，完全没法用啦！所以锁模就像是给模具上了一把牢固的大锁，让塑料液体乖乖听话，按照咱们想要的样子成型。
二板注塑机锁模的原理呢，其实就像是一场精彩的“力量对决”。
它主要靠的是两个大家伙——动模板和定模板。
这俩板子可厉害了，它们就像是一对配合默契的好伙伴。
当要开始锁模的时候，那动力系统就开始发力啦！就像大力士在后面使劲推一样，推动动模板朝着定模板快速前进。
这速度，那叫一个快！然后呢，动模板就紧紧地贴到了定模板上，一点儿缝隙都不给留。
这时候，可还不算完。
还有一些特别的装置和结构发挥作用呢。
比如说，会有一些锁模油缸或者机械锁模机构，它们就像是超级大力士的“帮手”，一起用力把动模板和定模板死死地锁住。
您可能会想，这得用多大的力气啊？嘿这力气可不小，得足够抵抗住注塑过程中塑料液体带来的强大压力。
不然的话，模具一撑开，那可就全乱套啦！而且啊，在整个锁模的过程中，还有很多精密的控制系统在工作呢。
它们就像是聪明的小脑袋，时刻监测着各种参数，比如压力、位置啥的，确保锁模的过程准确无误，万无一失。
想象一下，这二板注塑机就像是一个超级厉害的“变形金刚”，在锁模的时候，各个部件都协同作战，展现出强大的力量和精准的控制，是不是特别酷？再跟您说个有趣的，这锁模的过程有时候就像是一场紧张刺激的比赛。
各个部件都在争分夺秒，又要快又要准，一旦成功锁住，就好像赢得了一场重要的胜利，为接下来注塑出完美的产品打下了坚实的基础。
第六讲激光锁模技术
11 2N1 q
可见增益线宽愈宽，愈可能得到窄的
锁模脉宽。（ t=to=0时，A(t)有极大值，而上式分子(1/2) (2N+1) △ wt1=时，
A(t)=0,令 △t=t1-t0 并近似为半峰值宽，则有…）
(3)输出脉冲的峰值功率正比于 E02 (2N 1)2，因此，由于锁模，峰值
功率增大了2N+1倍。
本节将讨论超短脉冲激光器的原理、特点、实现的方法，几种典 型的锁模激光器及有关的超短脉冲技术。
6.2 锁模的基本理论
激光器的模式分为纵模和横模。锁模也分为锁纵模、锁横 模、锁纵横模三种。本节介绍纵模锁定。
一、多模激光器的输出特性
为了更好地理解锁模的原理，先讨论未经锁摸的多纵模自由运转
激光器的输出特性。腔长为L的激光器，其纵模的频率间隔为：
Δω ，假定第q个振荡模为
E t E cos t E cos qt q
q
0
q
q
0
0
式中，q为腔内振荡纵模的序数。
激光输出频谱
ω-5
ω-1ω0ω1 ω
ω5
N=5, 2N+1=11
激光器输出总光场是2N+1个纵模相干的结果：
N
N
E(t) Eq (t) E0 cos(0 q)t qa
出现了极大值（ I = E2 = 9E02 ）。当然, 对于谐振腔内存在多个纵模 的情况，同样有类似的结果。
E(t)
E0
1
0
2
-E0
3
I(t)
v3 9E02
v3=3v1,
v2
v1
v2=2v1， 初位相相同(0)
9E02
0
E(t)
激光锁模技术ppt课件
冲在腔内往返运动，每当此脉冲行进到输出反射镜时，便有一
个锁模脉冲输出。
➢脉冲宽度，即脉冲峰值与第一个光强为零的谷值间的时间间隔
sin[(2N 1) t ] 0但sin(t ) 0 t (m n )
2
2
2
2N 1
2 T 1
为锁模激光器的线宽
(2N 1) 2N 1
4.7.1 锁模原理
，
所以
(t1) (t1
2L) c
，以后这束光波每次通过调制器时损耗
相同。若损耗大于增益，这部分光波终将消失，而在损耗等于
零时通过的光每次都能无损耗的通过，会不断被放大，满足阈
值条件形成振荡，如果腔内损耗和增益控制得当，最终将形成
脉宽很窄，周期为T的脉冲序列输出。
损耗内调制锁模
➢从频率域模式耦合的角度来说明损耗调制锁模的原理。假设中心 频率 ν0 处的模首先振荡，其振幅调制后的电矢量为：
彼此独立的、随机的，所以总光场是各个模式光场的非相
干叠加。输出总光强是各个振荡模式光强之和，即 I Iq
输出光强随时间无规则起伏。
q
4.7.1 锁模原理
核心思想：锁模技术让谐振腔中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。
实现锁模的方法
在一般激光器中，各纵模振荡互不相关，各纵模 相位没有确定的关系。并且，由于频率牵引效应， 相邻纵模的频率间隔并不严格相等。因此为了得到 锁模超短脉冲，须采取措施强制各纵模初位相保持 确定关系，并使相邻模频率间隔相等。
• 主动锁模 • 被动锁模 • 自锁模
4.7.2 主动锁模
在自由运转的激光器谐振腔中加入受外界信号控制的调制器， 对激光输出进行振幅或相位调制，实现各个纵模振动同步，叫 作主动锁模。 1. 振幅调制（损耗内调制锁模） ➢如图(4-31)所示，在谐振腔中插入一个电光或声光损耗调制器。 设调制周期为 Tm 2 Ω 2L c ，调制频率 νm c 2L (恰为纵 模频率间隔)
主动锁模原理
主动锁模原理
主动锁模原理是指在注塑成型过程中，通过模具自身的力量来保持模具的闭合状态，从而实现注塑成型的过程。
这种原理的应用，可以有效地提高注塑成型的效率和质量，同时也可以减少模具的损耗和维护成本。
在注塑成型过程中，模具的闭合状态是非常重要的。
如果模具没有完全闭合，注塑过程中就会出现漏料、气泡等问题，从而影响成型质量。
而传统的模具闭合方式是通过液压或机械力来实现的，这种方式需要消耗大量的能量和成本，同时也容易出现故障和损坏。
而主动锁模原理则是通过模具自身的力量来保持模具的闭合状态。
具体来说，就是在模具的设计中，通过设置一些特殊的结构和装置，使得模具在注塑过程中可以自动锁定，从而保持闭合状态。
这种方式不仅可以减少能量和成本的消耗，还可以提高注塑成型的效率和质量。
主动锁模原理的应用范围非常广泛，可以用于各种注塑成型设备和模具。
在实际应用中，需要根据具体的注塑工艺和模具结构来进行设计和调整，以达到最佳的效果。
同时，还需要注意模具的维护和保养，及时检查和更换损坏的部件，以保证模具的正常运行和使用寿命。
主动锁模原理是一种非常有效的注塑成型技术，可以提高生产效率
和产品质量，同时也可以减少成本和维护成本。
在未来的发展中，这种技术将会得到更广泛的应用和推广，为注塑行业的发展带来更多的机遇和挑战。
注塑机锁模机构的原理
注塑机锁模机构的原理
注塑机锁模机构是注塑机的关键部件，用于固定和锁定注塑模具。
它的主要原理是通过机械力或液压力将模具的两个或多个部分，即模具的活动板和固定板，紧密地固定在一起。
注塑机锁模机构的常见原理包括：
1. 机械式锁模机构：机械式锁模机构通常由锁模杆和锁模板组成。
通过旋转或移动锁模杆，使锁模板固定或释放模具。
这种机械式原理适用于较小的注塑机。
2. 液压式锁模机构：液压式锁模机构通过液压缸产生的液压力来锁定和释放模具。
液压锁模机构通过控制液压活塞的运动，实现模具的固定和释放。
这种原理适用于大型注塑机。
无论是机械式还是液压式锁模机构，都需要确保模具的固定和释放具有足够的力量，并且能够确保模具的相对位置的准确性。
锁模机构通常还配备了安全装置，以保证在模具未完全固定或释放时防止误操作。
总的来说，注塑机锁模机构的原理是通过机械力或液压力将模具的活动和固定部分紧密固定在一起，从而保证注塑过程中模具的稳定性和准确性。
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2、振幅(损耗)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
(2)装置 激光
输出镜
激光介质 声光器件 全反镜
P0
1 2
STI
0
1 2
1
0.01150
0.75w
P q P0 10 0.75 7.5w
③ Pm=N2P0=1000.75=75w
T
2L c
2 1.5 3108
108 s
T 108 109s N 10
或
1
T
1 950 106
1.05109 s
§2 锁模激光器
一、主动式锁模
1、定义
T 2 2L 2L c c
3、脉宽(光脉冲持续时间的一半)
证
a2
a1
2
N
2 T
N N
T 1 N T
另有
N T q
T 1
q
1 q 1 q T T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
123456789
(N=4)
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T＝0.01, 激活介质的多普勒 线宽为＝950MHz, 饱和参数为Is=50 w/mm2,现将此 激光器激活，激发参数=2,求:①满足起振条件的 模式数②总输出功率(无模式竞争,各模式输出功
eina[1 eia(2n1) ]
e
i
a 2
[e
-ina
ei(n1)a
]
E0
1 eia
E0
e
i
a 2
(1
eia
)
-i(n
1 2
)a
E e e ee 0
i
a 2
i(n
1 2
)a
i
a 2
E0
sin
n
1 2
sin
a 2
a
E0
sin sin
Na 2
a 2
输出功率
P(t)
E(t) 2
(3)时域原理
①外加电调制信号
U (t)
U0
sin
1 2
t
2f c
L
U0:调制电压幅度，12 :调制频率
②腔损耗率
(t) 0 cos t
o:腔平均损耗率, :损耗率变化幅度, :损耗频率
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
③调制器透过率 T (t) T0 T cos t
第q模的光场为
Eq (t)
E ei(ωqtq ) 0
E ei[(ω0 q)t(0 q)] 0
合光场为
n
n
E(t)
Eq (t)
E e A(t)e i[(ω0 q)t(0 q)] 0
i(ω0t0 )
qn
qn
n
n
A(t) E0 eiq(t) E0 eiqa
qn
qn
E0[eina ei(n1)a eia ei0 eia ei(n1)a eina ]
率均按中心频率输出功率计)③锁模后的光脉冲峰 值功率、重复周期、脉宽。
解
① T
ln ln
2
F
ln 2 950 950MHz ln 2
q
c 2L
3108 2 1.5
100MHz
q [ T ] 1 [950] 1 10
q
100
② I0 Is (2 1) 50 (22 -1) 150w/mm 2
d
d:晶体沿电场方向的长度
③折射率变化量
n(t )
1 2
ne3 33E
U 0 ne3
2d
33
cos
t
33:LN晶体有效电光系数
④相移 (t) 2 ln(t) lU0ne3 33 cos t
d
l:晶体沿通光方向的长度
⑤光的频移为 (t) d[(t)] lU0ne3 33 sin t
dt
d
证 相位 t 0 相移 t 0
T(t) T0
I(t)
0
t
t
T t
t
2L
4L
c
c
(5)频域原理 ①增益曲线中心频率处的纵模首先起振，光场为
E(t) E0cos(0t 0 )
E0:光场振幅，0:频率, 0:初位相
②声光器件对起振纵模进行振幅调制，调制光场
为 E(t) E0T(t)cos(0t 0 ) E0[T0 T cos t]cos(0t 0 )
A(1 M cos t) cos(0t 0 )
M
T0 T0
:调幅系数,
A=E0T0:调制后的光场振幅
③调制结果，使中心纵模产生初位相一样、频率
为0±的两个边模
E(t) A(1 Mcost)cos(0t 0 ) Acos(0t 0 ) AMcos(t)cos(0t 0 ) 0-
0 0+
Acos(0t
P
吸收
t
t
t
非线性 吸收 P
非线性
放大
P
t
t
P0
lim
a0
N sin sin
Na a
P0
lim
a0
N
2 cos Na cos a
N
2 P0
2、重复周期与重复频率
P
P0
sin 2
Na 2
sin
2
a 2
P
0
2
a
(N=4)
(1)重复周期 T 2L 光在腔内往返一周所用时间
c
(2)重复频率
f
c 2L
q
证 a1=t1+
a2=t2+
a2 – a1 =(t2-t1)= T=2
M
lU0ne3 33 d
:调相系数
③调制结果，使中心纵模产生初位相一样、频率
为0±的两个边模
E(t) E0cos[(0t 0 ) M cos t]
0- 0 0+
E0cos(0t 0 ) cos(M cos t) - E0sin( 0t 0 ) sin( M cos t)
M<<1 cos(M cos t) 1 sin( M cos t) M cos t
A2 (t)
P0
sin2
Na 2
sin
2
a 2
三、锁模激光器工作特性
1、峰值功率 Pm=N2P0
证 a=0、2、4…时P达最大 a=2/N、4/N…时P=0
Pm
lim
a0
P0
sin2
Na 2
sin
2
a 2
P0
lim
a0
2
sin
Na 2
cos
Na 2
N 2
2
sin
a 2
cos
a 2
1 2
n(t)、(t):电光效 t 应引起折射率变化
和相移的波形 t (t):光的频移波形
I(t):锁模激光输出波形
(5)频域原理 ①增益曲线中心频率处的纵模首先起振，光场为
E(t) E0cos(0t 0 )
E0:光场振幅，0:频率, 0:初位相
②电光器件对起振纵模进行相位调制，调制光场
为
E(t) E0cos[0t (t) 0 ] E0cos[(0t 0 ) M cos t]
0
)
1 2
AM[cos(0t
0
t)
cos(0t
0
t )]
Acos(0t
0
)
1 2
AMcos[(0
)t
0
]
1 2
AMcos[(0
-
)t
0 ]
④两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输出。
3、相位(频率)调制模锁:电光锁模
(1)概念
使用电光晶体折射率随外加电压的变化对激光进
To:平均透过率，T：透过率变化的幅度 损耗最小时透过率最大，损耗最大时透过率最小
④透过率最大时，输出光脉冲，输出光脉冲的 重复频率与重复周期为
f
q
c 2L
T 2L c
(4)调制曲线
U(t):驱动声光器件的 外加调制电信号
(t):腔损耗率
U(t)
(t) 0
T(t):调制器透过率 I(t):锁模激光输出波形
第十章 锁模技术
§1 锁模原理 一、锁模基本概念
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
二、输出功率
P
P0
sin2
Na 2
sin
2
a 2
a t
P0:一个纵模的输出功率 N:纵模个数
2q
c L
:相邻两纵模圆频率间隔
:相邻两纵模的相位差
证 设腔内共有N=2n+1个纵模,第q=0模的圆 频率、初相位为:0、0;第q模为:q=0+q、 q= 0 +q
频移
d ()
dt
⑥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 线而熄灭
⑦存在两组无关的脉冲系列，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
(4)调制曲线
U(t),n(t),(t)
(t)
I(t)
0
L
2L
c