激光原理与技术--第四章 激光的基本技术.pptVIP

* 激光介质 声光器件 全反镜 输出镜 （1）第一阶段：积累阶段 激光通过声光介质中的超声场时产生衍射，使光束偏离出谐振腔，造成谐振腔的损耗增大，Q值下降，激光振荡不能形成。故在光泵激励下其上能级反转粒子数将不断积累并达到饱和值。 Q开关关闭 * （2）第二阶段：脉冲形成阶段 在第一阶段工作物质的反转粒子数达到最大值时，突然撤除超声场，衍射效应立即消失，腔损耗减少，Q值猛增，激光振荡迅速恢复，激光能量以巨脉冲的形式输出。 激光介质 声光器件 激光 全反镜 输出镜 Q开关开启 * 声光Q开关的特点： 1、需要的调制电压很低，一般小于200V，可以获得1000次/秒以上的高重复率的激光脉冲，而且脉冲的重复性很好； 2、只用于低增益的连续激光器，对于高增益的激光器，开关能力差，容易“关不死门”； 3、脉宽比较宽，开关速度比电光Q开关慢。 * 3、染料调 Q 激光器 染料的可饱和吸收系数 ?0是光强很小时的吸收系数； Is 为染料的饱和吸收光强(与染料种类及浓度有关) （1）染料吸收特性 光强很小时，吸收系数很大，I = 0 时, ? = ?0 光强很大时，吸收系数很小，I Is 时, ? = 0 * 开始泵浦 ? 腔内荧光弱 ? 吸收系数大 ? Q 值低 ? 不能形成激光 继续泵浦 ? 腔内荧光变强 ? 吸收系数变小 ? 荧光达到一定值时，吸收系数饱和 ? 染料被漂白 ? Q值突增，形成激光脉冲 ? 泵浦结束 激光介质 染料盒 激光 全反镜 输出镜 氙灯 （2）染料调Q原理 * （3）对染料的要求 吸收体是染料Q开关的核心，它对调Q的效果影响最大。因此合理的选择染料很重要，并不是什么样的染料都可以做调Q开关，而且不同的工作物质所需要的染料不同。 染料需满足下面条件： （1）吸收体的吸收峰和激光器的中心波长对应； （2）染料配成溶液要具有一定的稳定性； （3）选择的染料必须有高的开关效率。 4.7.1 锁模原理 1. 非均匀增宽激光器中某一纵模电矢量大小可写成 2. 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。 则总的输出为 ，各纵模为非相干叠加。 3.设腔内有q＝-N，-(N-1)，……0，……(N-1)，N 共(2N+1)个模式，又设相邻模式的圆频率之差 ，则 4. 如各模式的振幅相等，Eq=E0，初位相相同且为?q=0，则 4.7.1 锁模原理 5.图4-30是2N+1＝9个纵模经锁模后得到的有规则的脉冲示意图。 当 时，m=0，1，2……光强最大 图4-30 锁模光强脉冲 相邻脉冲峰值间的时间间隔 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 4.7.2 主动锁模 1. 损耗内调制锁模 图(4-31) 锁模调制示意图 图(4-32) 中心频率及两边频 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 ，调制频率 (恰为纵模频率间隔) 只有通过调制器时损耗为零的光，才能不断地被放大而增长起来，如此得到周期为T的窄脉冲输出，如图(4－30)所示。 从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 处的模首先振荡，其调制后的电矢量为： 即在激光器中，一旦形成 的振荡，将同时激起两个相邻模式的振荡，如图（4－32） 。 首页 4.7.2 主动锁模 2. 相位内调制锁模 如果在谐振腔中插入一个电光位相调制器，也可达到锁模的目的。设光振幅不变，位相以频率 变化，即 位相调制后也能激起带宽内的所有边频光同步振荡，实现锁模。 4.7.3被动锁模 被动锁模装置很简单，只需在腔内插入一个装有饱和吸收染料的“盒”即可 染料必须具备以下几个条件：第一，染料的吸收线应和激光波长很接近；第二，吸收线的线宽要大于或等于激光线宽；第三，其驰豫时间应短于脉冲在腔内往返一次的时间，否则就成为被动调Q激光器了。 飞秒激光脉冲的产生原理 宽频的激光介质、脉冲压缩机制、腔内色散补偿 产生激光超短脉冲的技术常称为锁模技术(mode locking)，即，使发生振荡的模式之间建立稳定的相位关系，发生相位“干涉”。实现锁模的方法很多，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。 锁模技术 以主动锁模为例，用频率f驱动调制器，同时让最靠近增益峰值频率vm的模开始振