【2017年整理】激光技术三.ppt

激光技术-第五讲;10ps激光与35ns调Q激光加工质量的比较 ;Femtosecond Stroboscopy;第一节 锁模基本原理 ;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;假设在激光工作物质的净增益线宽内包含有N+1个纵模，激光器输出的光波电场是N+1个纵模电场的和。;结论：平均光强是各个纵模光强之和。;激光器输出总光场是2N+1个纵模相干的结果;;A(t)为周期函数，从周期、极值、零点的角度讨论其变化规律： ①A(t)的周期为2L/c，在一个周期内有2N个零值点，以及2N+1个极值点； ②在t=0和t=2L/c时，A(t)取得极大值，振幅为(2N+1)E0; ③A2(t)在一个周期内有2N-1个次级大，各极大值之间的间隔相等。 作业：用MATLAB画出A(t)和A2(t)，取N=3，E0=1，L=100mm。 两个主脉冲的间隔恰好是一个光脉冲在腔内往返一周的时间，所以锁模振荡也可以理解为只有一个光脉冲在腔内来回传播。;多个纵模锁模的结果，出现了下列有意义的现象： ①激光器的输出是间隔为? =2L/c的规则脉冲序列； ②每个脉冲的宽度 即近似等于振荡线宽的倒数；增益线宽越宽，可能得到的锁模脉宽越窄； ③输出脉冲的峰值功率正比于E02(2N+1)2，而自由运转的激光器的平均功率正比于E02(2N+1)； ④多模激光器相位锁定后，输出一个峰值功率高、脉冲宽度窄的脉冲序列，各振荡模发生功率耦合而不再独立，每个脉冲的功率应看成是所有振荡模提供的。;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;7.1.3 锁模的方法;第二节 主动锁模;以最简单的正弦调制为例，从频率特性来讨论振幅调制的基本原理。设调制信号为;调制前腔内的光场为;锁模过程如下：;相位调制是在激光腔内插入一个电光调制器，光波在不同的时刻通过介质，便有不同的相位延迟，以铌酸锂晶体的相位调制为例。 设光沿x方向传播，沿z方向施加调制信号电压，即采用横向运用方式，对于LN，主轴坐标系不变，则晶体的折射率;相位调制的作用可理解为一种频移，使光波的频率向大（或小）的方向的移动。脉冲每经过调制器一次，就发生一次频移，最后移到增益曲线之外。 只有那些与相位变化的极值点相对应的时刻，通过调制器的光信号，其频率不发生变化，在腔内保存下来，不断得到放大，从而形成周期为2L/c的脉冲序列。 每个周期内存在两个频率不变点，这增加了锁模脉冲位置的相位不稳定性。在不采取必要措施时，其输出脉冲可从一列自发跳变到另一列。可采用反馈控制的方式稳定锁模脉冲。;同样，可从频率特性进行分析，假设未调制的光场为;7.2.3 主动锁模激光器的结构及其设计要点;调制器应放在腔内尽量靠近反射镜处，以便得到最大的纵模之间的耦合效果。假定调制器放在腔中间，则光束两次通过调制器的时间间隔是L/c。如果腔内损耗变化的周期Tm=2L/c，当光束第一次通过调制器时假定损耗最小，第二次通过调制器时损耗最大，则得不到锁模脉冲输出。另外，调制器在通光方向的尺寸应尽量小，这时锁模效果最好。此时，光波通过调制器时损耗更小。;主动锁模激光器的失谐问题调制器的调制频率严格地等于腔的纵模间隔的情况称为无失谐情况，反之，即为失谐情况。定义失谐量为; 为了补偿失谐，除采用被动的稳定腔长和调制频率外，还应采用电子反馈线路（锁相环路）进行补偿。;第三节 被动锁模;从频域分析，开始时自发辐射的荧光以及达到阈值所产生的激光涨落脉冲，经过可饱和吸收染料的选择作用，只剩下高增益的中心波长?0及其边频，边频信号又激发新的边频，如此继续下去，使得增益线宽内所有的模式参与振荡，于是便得到一系列周期为2L/c的脉冲序列输出。 由不规则的脉冲演变到锁模脉冲的过程的实质是最强的脉冲得到有选择的加强，背景脉冲逐渐的被抑制。物理过程大致分为三个阶段;线性放大阶段如图a~c所示，在闪光灯泵浦下，当超过激光阈值时，具有随机相位关系的激光模之间发生干涉，因而导致光强度的起伏，脉冲总量很大。在可饱和吸收体中，对强脉冲吸收得少对弱脉冲吸收的多。在经过激光介质中