激光短脉冲和激光稳频技术.pptVIP

第七章、激光超短脉冲和稳频技术 激光调Q技术 激光锁模技术 光脉冲压缩技术 超短光脉冲的测量技术 激光稳频技术 1、激光调Q技术 调Q技术的关键是把激光能量压缩在宽度极窄的脉冲中发射，它可以使激光光源的单色亮度提高几个数量级 调Q技术实现了高峰值功率窄脉宽的激光巨脉冲输出 它使激光强光光学现象研究得以发展，同时推动了激光测距、激光雷达、激光加工等应用的发展 一般固体脉冲激光器的输出特性 在毫秒量级泵光激励下产生弛豫振荡 激光调Q技术的基本理论 用一个简单二能级系统作为基础模型进行分析。如图?p为泵浦速率； ?12 = ?21= ?i 为每个粒子的受激跃迁几率；为自发辐射几率。 n1+n2=N 为工作粒子数密度 n2-n1=?n 为粒子反转数密度 ?表示腔内光子数密度，由此可得 电光晶体调Q 单检偏器Q开关 双折射偏离法电光Q开关 双45o电光Q开关 单45o晶体电光Q开关 电光Q开关 声光调Q 利用声光介质中超声场产生衍射使损耗增加,不能形成激光振荡 当粒子反转数积累达到饱和时，突然撤掉超声场，激光振荡迅速建立，获得巨脉冲输出 可饱和吸收体调Q 利用有机染料的可饱和吸收特性 Q开关的时间特性由染料浓度决定 由二能级系统可得对频率为?的激光的受激吸收几率 ?(?)=(h?)/(NC)[B12(?)n1-B21(?)n2] d n2/dt= B12(?)un1-B21(?)un2- ?sn2 染料调Q激光器及其特性 染料吸收峰应与激光输出波长吻合 染料应有适当的饱和光强值 染料配成溶液后应有较长 的保存期 影响染料调Q输出特性的因素 染料浓度的影响 输入能量的影响 染料盒的影响 谐振腔输出镜反射率的影响 增益开关 通过对泵浦的调制实现短脉冲输出 光脉冲泵浦也是增益开关 在第二个张弛振荡开始前结束泵浦 一般用于半导体激光器 2、激光锁模技术 根据实现锁模的方式的不同，可分为: 主动锁模 被动锁模 自锁模 多模激光器的输出特性 一般情况下多模激光器形成振荡的各模式之间相位是无关的，频率间隔为C/2nL 激光输出是无规的光脉冲 多模激光器模式锁定特性 如图设3个波?1、 ? 2、 ? 3 ? 2 =2 ? 1 ? 3=3 ? 1 且三个波振幅相等 设t=0时三个波相位相同 得到的将是一列周期脉冲 主动锁模原理 在激光谐振腔内加入一个调制器 对谐振腔内部损耗进行调制 令调制频率等于C/2L 主动锁模激光器举例 同步泵浦锁模激光器 被动锁模原理 被动锁模激光器举例 对撞锁模激光器 对撞锁模原理 自锁模原理 Ti：Sapphire 自锁模激光器 3、激光脉冲压缩技术 4、激光超短脉冲的测量技术 5、激光稳频技术 兰姆凹陷稳频技术 兰姆凹陷稳频原理 赛曼效应稳频 赛曼效应吸收稳频 其他稳频方法 F-P标准具稳频 双频激光稳频 饱和吸收稳频（反兰姆凹陷稳频） 本课程四至七章总结 半导体激光器的原理极其特性 激光器组成的三个要素 激光器模式的选择与控制 激光调制的理论与方法 激光短脉冲的产生与测量 激光频率稳定技术 作业 设计一台YAG对撞锁模激光器，YAG晶体长150mm直径8mm，给出腔内各反射镜的参数，各元器件的相对位置，判断腔的稳定性。如果用双光子荧光法测得荧光半宽度为1mm估算脉冲宽度，估算增益曲线的宽度。 工作物质 染料 高反镜凹面 工作物质 YAG 半反镜 全反镜 全反镜 非谐振环 染料 光脉冲半反镜将光脉冲分成相反方向前进的两个光脉冲 两个强度相同的光脉冲在染料中对撞 a b c e 自锁模主要应用于钛宝石锁模激光器。 利用Kerr效应，激光晶体在强光作用下折射率随光强变化产生自聚焦， ?n?E2 再通过泵浦光聚焦产生中心小范围高增益区，这一过程对越强的光脉冲增益越高。过程相当于进行自相位调制，最后将选出锁模脉冲列。 Kerr effect 将在电场作用下介质折射率的变化做展开 n(E) = n + a1E +1/2 a2E2 + · · · · · · 式中第一项为无电场作用时的折射率 第二项与电场强度的一次方成正比，为线性电光效应（Pockels effect) 第三项与电场强度的平方成正比，这就是Kerr效应，它的特点是仅与电场强度有关，而与电场方向无关 增益区 泵浦光强分布 KERR效应导致 的折射率分布 激光介质 Kerr效应产生自聚焦 进而实现自锁模 轴对称渐变分布折射率导致自聚焦 压缩光脉冲主要是补偿光脉冲的啁啾现象 1、利用色散光栅对压缩光脉冲。同理也可使用棱镜对抵消啁啾，压缩光脉冲。 啁啾光脉冲的放大和补偿 1. Prism pair 2. Grating Pair 2、压缩光脉冲利用啁啾光纤光栅 3、色散补偿光纤压缩光脉冲 负色散光纤 啁啾光栅