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超快超强激光技术的调研 专业：光信息科学与技术 答辩人： 指导老师： 报告大纲 1）激光的产生及其特点 2）脉冲激光及调Q、锁模技术 3）飞秒激光 4）啁啾脉冲放大技术 5）超快超强激光 一、激光的产生及其特点 什么叫激光？ 激 光： 属于受激辐射相干光。 普 通 光： 属于自发辐射非相干光。 Light or laser 无辐射跃迁 1960年，由Maiman实现第一台激光器：红宝石激光器。给古老的光学学科带来强大的生命力，引起现代光学应用技术的迅猛发展。 激光技术的特点 激光与普通光源有极大不同 强度高 发散小 相干性 单色性 脉冲工作方式是指每间隔一定 时间才工作一次的方式。激光脉 冲指的是脉冲工作方式的激光器 发出的一个光脉冲，简单的说， 好比手电筒的工作一样，一直合 上按钮就是连续工作，合上开关 立刻又关掉就是发出了一个“光脉 冲”。脉冲激光器具有较大输出 功率，适合于激光打标、切割、 测距等。 二、脉冲激光 脉冲激光发展历史 脉冲宽度 调Q激光脉冲的建立过程。 图(a)表示泵浦速率Wp随时间的变化； 图(b)表示腔损耗随时间的变化； 图(c)表示粒子反转数△n的变化； 图(d)表示腔内光子数Φ随时间的变化。 Q开关激光脉冲建立过程 △ni △nt Q 先看三个不同频率光波的叠加：Ei = E0cos(2π νi t+ ? i ) i=1,2,3 设三个振动频率分别为ν1 、 ν2 、 ν3 的三个光波沿同一方向传播，且有关系式： ν3=3ν1， ν2= 2ν1 , E1 = E 2 =E3 = E0 若相位未锁定，则此三个不同频率的光波的初位相? 1 、? 2 、? 3 彼此无关，如左图，由于破坏性的干涉叠加，所形成的光波并没有一个地方有很突出的加强。输出的光强只在平均光强3 E02 /2级基础上有一个小的起伏扰动。 3 E02 /2 二、锁模的基本原理 但若设法使? 1 = ? 2 = ? 3 =0时， 有 E1 = E0cos(2πν1 t) E2 = E0cos(4πν1 t) E3 = E0cos(6πν1 t) 当 t=0 时, E = 3E0, E2 = 9E02; t = 1/(3ν1)时, E1 = E0cos(2π/3) = -E0/2， E2 = E0cos(4π/3) = -E0/2, E3 = E0cos(2π) = E0 , 三波叠加的结果是： E = E1 + E 2 + E3 = 0; 同理可得，t=2/(3ν1 )时，E = 0；t = 1/ν1时，E = 3E0 …… ? 时间 锁模脉冲序列 这样就会出现一系列周期性的脉冲，见下图。 当各光波振幅同时达到最大值处时，由于“建设性”的干涉作用，就周期性地出现了极大值。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。 锁模的方法 1.主动锁模： 主动锁模采用的是周期性调制谐振腔参量的方法。主动锁模是在激光腔内插入一个调制器，调制器的调制频率应精确地等于纵模间隔，这样可以得到重复频率为f＝c/2L的锁模脉冲序列。 2.被动锁模：产生超短脉冲的另一种有效的方法是被动锁模。在激光谐振腔中插入可饱和吸收染料来调节腔内的损耗．当满足锁模条件时，就可获得一系列的锁模脉冲。 3.自锁模：当激活介质本身的非线性效应能够保持各个振荡纵模频率的等间隔分布，并有确定的初相位关系，不需要在谐振腔内插入任何调制元件，就可以实现纵模锁定的方法。 4. 同步泵浦锁模 　　如果要通过周期性地调制谐振腔的增益来实现锁模，则可以采用一台主动锁模激光器的脉冲序列泵浦另一台激光器来获得。这种方式就是同步泵浦锁模。 飞秒脉冲激光的 产生来源于锁模 技术，1976年， 人们首次在染料 激光器中实现飞 秒激光脉冲输出 以来，飞秒激光 技术获得飞速发展。 三、飞秒激光 飞秒激光太瓦系统 什么是飞秒激光？ 1 脉冲形式：不是一直在发射的，而是每隔一段时间T发射一个包络。 2 脉宽短：每个脉冲包络持续的时间只有飞秒量级。 3 光谱很宽：不再是单色的，而是具有不同的颜色成分。这与传统意义的激光已经不同了。 飞秒是多短的时间？ 答案：1飞秒=10-15秒。 这种激光器能够输出飞秒脉冲得益于将棱镜对插入钛蓝宝石激光器的揩振腔中从而使激光器从连续振荡模式过渡到锁模模式而不需要饱和吸收器或附加脉冲锁模. 棱镜 高反镜 Ti:S 凹面反射镜 透镜 532 nm 泵