第七章锁模现象

发布者:admin 发布时间:2019-10-20 05:40 浏览次数:

  章锁模现象 被动锁模 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. 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。 (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)。 ?b 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 ≤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 。 (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。 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。 ? 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 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 锁模染料激光器的光学元件 ? 连续光泵浦被动锁模染料激光器的结构 ? 碰撞锁模 1.碰撞锁模:是属于被动锁模的另外的一种形式。在被动锁模 中腔内存在一个脉冲,得到间隔为2L/c 的脉冲序列。 当在被动锁模激光器中,存在两沿相反方向传播的两束光, 此两束光同时达到可饱和吸收体,在吸收体中相撞产生干涉, 在吸收体处形成光强的空间调制,因而造成吸收介质上下能 级粒子数的空间周期分布-粒子数分布光栅;此光栅使脉冲 压缩过程加快。 2.装置示意图 ? 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 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 同步泵浦锁模对染料激光器具有实用意义 ? 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


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