第3章超短脉冲技术竞赛.ppt

第三章 超短脉冲技术;第三章 超短脉冲技术;3.1 锁模原理 锁模的目的 一般多模激光器的输出特性 多模激光器纵模锁定的输出特性;一.目的 压缩脉冲宽度,高峰值功率,Q开关激光器一般脉宽达10-8s-10-9s量级,如果再压缩脉宽,Q开关激光器已经无能为力,但有很多实际应用需要更窄的脉冲. 例: 1.激光测距，为了提高测距的精度,则脉宽越窄越好. 2.激光高速摄影.为了拍照高速运动的物体,提高照片的清晰度,也要压缩脉宽. 3.对一些超快过程的研究,激光核聚变,激光光谱,荧光寿命的测定,非线性光学的研究等需窄的脉宽. ;二.多模激光器的输出特性. 未锁模的连续激光器输出的是连续的激光。多纵横，主要讨论各模之间的关系，把每一模式的光波做为一束光来处理。;1.激光器输出特性 ①各振荡模的振幅和相位无规则分布 ---中心频率处的振幅大，远离中心小，且它们之间变化无规律。 ---各模的初相位，在 之间分布， 或 常数。 对于不同的时间，每个模的 振幅和相位也有变化， 随时间漂移。;图3.1-2 非锁模和理想锁模激光器的信号结构模, (a)-非锁模, (b)-理想锁模; ②输出的光强是各个纵模无规叠加。 输出的光强是各纵模光强的无规叠加，接收到的光强是时间的平均值。;总光强的平均值是各纵模光强之和的1/2。 相位分布对输出光强有影响的， 不同，各模不相干。 假定在一般激光器中设法使相邻两纵模间的位相固定。 相位有规律。 常数 由于各相邻模之间的频率间隔是固定的，纵模条件 各模的振动方向（偏振光）或振动方式（自然光）对于一定激 光器是相同的。 各振荡模具备了上述三个条件，各模光波变成相干波。 因此输出的光波可能是一序列的脉冲形式。对于 每一脉冲来说，脉宽窄了，峰值功率大大增加，锁相 激光器－锁模。;2.锁模 要使各模变成时间相干波，需要具备三个条件，而各纵模频率 间隔相等并固定 ，各模振动方向或方式相同--激光器 固有性质，只要使各相邻模之间具有固定的相位关系即： 常数 锁模：即是使各相邻模之间的相位固定，使各模变成时间相干 波。 注意：每一模式看成一束光波。 对于多模激光器，包括多个纵模，横模，模式不同类型不同。;3.锁模的类型（激光器纵模横模） (1)纵模锁定 指同一横模中不同纵模之间的锁定，一般采用基横模中不同的纵模， ，q是纵模序数，这种纵模锁定理论成熟，应用广。经过纵模锁定后，激光器输出的是脉宽在fs或更窄as量级的一序列脉冲。 (2)横模锁定 指的是同一纵模不同横模锁定。在中，q--固定值，m、n是变化的。如果是圆对称横模，输出的光束是一个其横向强度分布图是高斯型的基横模的形状，但光束半径周期性变化。 (3)纵横模同时锁定 对于，m、n、q变化。输出的光束，无论在轴向或横向，光都被限制在一个小的空间范围内，这一光点将在激光腔内按照几何光学的路程来回扫描，因此输出的脉冲以激光输出镜的不同位置来出现。 ;