1、激光器鎖模技術(shù)激光器鎖模技術(shù)鎖模原鎖模原理理實(shí)現(xiàn)鎖模的方實(shí)現(xiàn)鎖模的方法法主動(dòng)鎖主動(dòng)鎖模模鎖模，可得到更窄的脈鎖模，可得到更窄的脈沖沖鎖模激光脈沖寬度可達(dá)鎖模激光脈沖寬度可達(dá)10-1110-14s,相應(yīng)的具相應(yīng)的具有很高的峰值功有很高的峰值功率率下面分析一下激光輸出與相位鎖定的關(guān)系下面分析一下激光輸出與相位鎖定的關(guān)系每個(gè)縱模輸出的電場(chǎng)分量用下式表示：每個(gè)縱模輸出的電場(chǎng)分量用下式表示：為了運(yùn)算方便，令激光器的所有為了運(yùn)算方便，令激光器的所有振蕩振蕩模式具有相同模式具有相同的振幅的振幅設(shè)振蕩的縱模數(shù)為（設(shè)振蕩的縱模數(shù)為（2N+1）個(gè)，處于增益曲線中心）個(gè)，處于增益曲線中心的模為的模為 q = 0,角

2、頻率為角頻率為 ,初相位為初相位為 ，以中心模，以中心模作為參考各個(gè)模式的相位差為作為參考各個(gè)模式的相位差為 ，模的頻率間隔，模的頻率間隔為為 (t)(z,t)EqqzivqqEe0E001qqcL在在Z=0處，第處，第q個(gè)模式的電場(chǎng)強(qiáng)度為：個(gè)模式的電場(chǎng)強(qiáng)度為：激光器輸出的總光場(chǎng)是（激光器輸出的總光場(chǎng)是（2N+1）個(gè)縱模相干疊加的）個(gè)縱模相干疊加的結(jié)果：結(jié)果：00()t0(t)iqqqEE e 00()t(t)NiqqqqNEE e 001sin(2N 1)(t)2cos(t)1sin(t)2E 最大光強(qiáng)為：最大光強(qiáng)為：222200(t)2m21sin(2N 1)(t)2lim(2N 1)1s

3、in(t)2mIEE 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，光時(shí)，光強(qiáng)最大強(qiáng)最大()2mt 鎖模脈沖光強(qiáng)曲線N=3，即（2N+1）=7如圖在一個(gè)周期內(nèi)，強(qiáng)度曲線有2N個(gè)零點(diǎn)，有(2N+1)個(gè)極值點(diǎn)在在時(shí)極大，極大時(shí)極大，極大值為值為20Lttc或者220(2N 1) E如果各模式相位未鎖定，則各模式是不相干的如果各模式相位未鎖定，則各模式是不相干的輸出功率為各模式功率之和，即：輸出功率為各模式功率之和，即：20(2N 1)EI 鎖模后脈沖峰值功率比未鎖模時(shí)提高了鎖模后脈沖峰值功率比未鎖模時(shí)提高了(2N+1)倍倍腔長(zhǎng)越長(zhǎng)，熒光線越寬，則腔內(nèi)振蕩的縱腔長(zhǎng)越長(zhǎng)，熒光線越寬，則腔內(nèi)振蕩的縱模數(shù)目越多，鎖模脈沖的峰值功率就越大模數(shù)

4、目越多，鎖模脈沖的峰值功率就越大可見(jiàn)鎖模脈沖的周期等于光在腔內(nèi)來(lái)回一次所需的時(shí)間可見(jiàn)鎖模脈沖的周期等于光在腔內(nèi)來(lái)回一次所需的時(shí)間因此，我們可以把鎖模激光器的工作過(guò)程形象的看作有因此，我們可以把鎖模激光器的工作過(guò)程形象的看作有一個(gè)脈沖在腔內(nèi)往返運(yùn)動(dòng)，每當(dāng)此脈沖進(jìn)行到輸出反射一個(gè)脈沖在腔內(nèi)往返運(yùn)動(dòng)，每當(dāng)此脈沖進(jìn)行到輸出反射鏡時(shí)，便有一個(gè)鎖模脈沖輸出鏡時(shí)，便有一個(gè)鎖模脈沖輸出相鄰脈沖峰值間的時(shí)間間隔相鄰脈沖峰值間的時(shí)間間隔為：為：022LTc脈沖的半功率點(diǎn)的時(shí)間間隔近似地等于脈沖的半功率點(diǎn)的時(shí)間間隔近似地等于，因而可認(rèn)為脈沖寬度近似等于因而可認(rèn)為脈沖寬度近似等于 為鎖模激光的帶寬，它顯然不可能超過(guò)工

5、作為鎖模激光的帶寬，它顯然不可能超過(guò)工作物質(zhì)的增益帶寬，這就給鎖模激光脈沖帶來(lái)一物質(zhì)的增益帶寬，這就給鎖模激光脈沖帶來(lái)一定的限制定的限制脈沖峰值與第一個(gè)光強(qiáng)為零的谷值間的時(shí)間間隔脈沖峰值與第一個(gè)光強(qiáng)為零的谷值間的時(shí)間間隔為：為：21(2N 1)實(shí)現(xiàn)鎖模的方法下面我就以損耗調(diào)制為例，說(shuō)明振下面我就以損耗調(diào)制為例，說(shuō)明振幅調(diào)制鎖模的幅調(diào)制鎖模的原理：原理：利用聲光或電光調(diào)制均可實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制鎖模利用聲光或電光調(diào)制均可實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制鎖模調(diào)調(diào)制激光工作物質(zhì)的增益或腔內(nèi)損耗制激光工作物質(zhì)的增益或腔內(nèi)損耗,均可使激光振幅得到調(diào)均可使激光振幅得到調(diào)制制，如，如果調(diào)制頻率果調(diào)制頻率可可實(shí)現(xiàn)鎖模實(shí)現(xiàn)鎖模2cfL損耗

6、調(diào)制器損耗調(diào)制器M為一電光調(diào)制器或聲光調(diào)制器，加以適當(dāng)?shù)恼{(diào)為一電光調(diào)制器或聲光調(diào)制器，加以適當(dāng)?shù)恼{(diào)制制電電壓，使腔的損耗發(fā)生角頻率為壓，使腔的損耗發(fā)生角頻率為 的周期性變化的周期性變化。cL 幅度調(diào)制鎖模激光器示意圖幅度調(diào)制鎖模激光器示意圖由于損耗呈周期性變化由于損耗呈周期性變化 調(diào)制器的透過(guò)率也呈周期性變調(diào)制器的透過(guò)率也呈周期性變化化調(diào)制器的透過(guò)率調(diào)制器的透過(guò)率為為假定調(diào)制前腔內(nèi)的光場(chǎng)為假定調(diào)制前腔內(nèi)的光場(chǎng)為00(t)Tcos(t)mTT0TT為平均透過(guò)率為平均透過(guò)率 ， 為為透過(guò)率變化的幅度透過(guò)率變化的幅度000(t)cos(t)EE受調(diào)制后：腔內(nèi)光場(chǎng)變?yōu)椋菏苷{(diào)制后：腔內(nèi)光場(chǎng)變?yōu)椋?00(

7、t)T(t)E cos(t)E00000TT cos(t) E cos(t)m000000E TT E cos(t)cos(t)m0001cos(t) cos(t)mAm00000000011cos(t)cos()tcos()t22mmAmAmA000AE T000ETmAm為調(diào)制系數(shù)為調(diào)制系數(shù)上式說(shuō)明，一個(gè)頻率為上式說(shuō)明，一個(gè)頻率為 的光波，經(jīng)過(guò)的光波，經(jīng)過(guò)外加的調(diào)制信號(hào)調(diào)制后，同時(shí)激起了兩外加的調(diào)制信號(hào)調(diào)制后，同時(shí)激起了兩個(gè)相鄰模式的振蕩，其頻譜包括了三個(gè)個(gè)相鄰模式的振蕩，其頻譜包括了三個(gè)頻率，頻率， 并且這三個(gè)頻率并且這三個(gè)頻率的光波的相位差相同，從而實(shí)現(xiàn)了鎖模的光波的相位差相同，從而實(shí)

8、現(xiàn)了鎖模000(t)cos(t)EA0001cos()t2mmA0001cos()t2mmA0000,mm 在激光器中，一旦在增益在激光器中，一旦在增益曲線的某個(gè)角頻率曲線的某個(gè)角頻率 形成形成振蕩振蕩激起兩個(gè)相鄰激起兩個(gè)相鄰的的模式模式振振蕩蕩這兩個(gè)相鄰模幅度調(diào)這兩個(gè)相鄰模幅度調(diào)制的結(jié)果又將產(chǎn)生新制的結(jié)果又將產(chǎn)生新的邊頻的邊頻00002 02 0如此下去，直至線寬范圍內(nèi)的縱模均被耦合而產(chǎn)生振蕩為止如此下去，直至線寬范圍內(nèi)的縱模均被耦合而產(chǎn)生振蕩為止相位調(diào)制鎖模相位調(diào)制鎖模原理：相位調(diào)制是在激光腔內(nèi)插入一個(gè)電光調(diào)制器，原理：相位調(diào)制是在激光腔內(nèi)插入一個(gè)電光調(diào)制器，當(dāng)調(diào)制器介質(zhì)折射率按外加調(diào)制信

9、號(hào)而周期當(dāng)調(diào)制器介質(zhì)折射率按外加調(diào)制信號(hào)而周期性改變時(shí)，光波在不同時(shí)刻通過(guò)介質(zhì)，便有性改變時(shí)，光波在不同時(shí)刻通過(guò)介質(zhì)，便有不同的相位延遲不同的相位延遲假設(shè)未調(diào)制的光場(chǎng)：假設(shè)未調(diào)制的光場(chǎng)：000(t)cos(t)EE相位調(diào)制函數(shù)為相位調(diào)制函數(shù)為：則經(jīng)過(guò)調(diào)制后的光場(chǎng)就變?yōu)椋簞t經(jīng)過(guò)調(diào)制后的光場(chǎng)就變?yōu)椋浩湔袷幗穷l率就變?yōu)椋浩湔袷幗穷l率就變?yōu)椋荷仙鲜奖砻?，除了在相位調(diào)制器的那部分信號(hào)光不產(chǎn)生頻移式表明，除了在相位調(diào)制器的那部分信號(hào)光不產(chǎn)生頻移外，其他時(shí)刻通過(guò)調(diào)制器的光信號(hào)均經(jīng)受不同程度的頻移外，其他時(shí)刻通過(guò)調(diào)制器的光信號(hào)均經(jīng)受不同程度的頻移(t)cost000(t)cos(tcost)EE0(t)sin

10、t角頻角頻率的變化量為：率的變化量為：(t)(t)(t)sinddtdtdt相位調(diào)制函數(shù)為相位調(diào)制函數(shù)為：(t)cost其振蕩角頻率就變?yōu)椋浩湔袷幗穷l率就變?yōu)椋?(t)sint所所以可以知道：脈沖每經(jīng)過(guò)調(diào)制器一次就發(fā)生一次頻移，最后以可以知道：脈沖每經(jīng)過(guò)調(diào)制器一次就發(fā)生一次頻移，最后 移到增益曲線之外，從腔內(nèi)消失，只有那些在移到增益曲線之外，從腔內(nèi)消失，只有那些在 相位調(diào)制函數(shù)極值時(shí)通過(guò)調(diào)制器的光信號(hào)，其相位調(diào)制函數(shù)極值時(shí)通過(guò)調(diào)制器的光信號(hào)，其 基頻不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，在腔內(nèi)保存下來(lái)，不斷放基頻不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，在腔內(nèi)保存下來(lái)，不斷放 大，形成周期為大，形成周期為 的超短光脈沖序列的超短光脈沖序列2Lc由圖可見(jiàn)，對(duì)于調(diào)制信號(hào)由圖可見(jiàn)，對(duì)于調(diào)制信號(hào)的兩個(gè)極值，有兩個(gè)完全的兩個(gè)極值，有兩個(gè)完全無(wú)關(guān)的超短脈沖序列。這無(wú)關(guān)的超短脈沖序列。這兩列脈沖出現(xiàn)的概率相同。兩列脈沖出現(xiàn)的概率相同。激光器通常工作在一個(gè)系激光器通常工作在一個(gè)系列上，但器件的微小擾動(dòng)列上，但器件的微小擾動(dòng)會(huì)使鎖模激光器輸出從一會(huì)使鎖模激光器輸出從一個(gè)系列躍遷到另一個(gè)系列。個(gè)系列躍遷到另一個(gè)系列。為了避免這種躍變，可將原有的調(diào)制信號(hào)及其為了避免這種躍變，可將原有的調(diào)制信號(hào)及其倍頻信號(hào)同時(shí)施于電光調(diào)制晶體，造成相位調(diào)倍頻信號(hào)同時(shí)施于電光調(diào)制晶體，造成相位調(diào)制函數(shù)的不對(duì)稱性，從而使一列脈沖優(yōu)先運(yùn)行制函數(shù)的不對(duì)稱性，從