激光鎖模技術

1、激光鎖模技術激光鎖模技術顧朝暉寧波大學光電信息工程116170013摘要摘要：鎖模是激光技術中的一個十分重要的組成部分。調Q技術，受原理上的限制，其激光器輸出的激光脈沖的寬度在1~30115之間。隨著科學技術的發(fā)展，在遙測技術、高時間分辨率光譜學、非線性光學、光電子學、化學動力學以及受控核聚變等許多領域要求獲得脈沖寬度更窄、峰值功率更高的激光脈沖。這推動了超短光脈沖技術的研究，發(fā)展了激光鎖模技術。關鍵詞：鎖模技術，激光脈沖引言引言：世界

2、上是在1964年底首先對HeNe激光器實現鎖模并獲得了s的91010~10??光脈沖列。此后，激光鎖模的理論和方法不斷推陳出新，相繼出現了紅寶石、YAG、欽玻璃及有機染料等鎖模激光器，獲得了ps()量級的窄脈沖。八十年代初，Fk1210?等人又發(fā)展了碰撞鎖模的理論，使鎖模光脈沖進入了fs()量級，這是至今在實1510?驗室利用其它手段尚不能實現的最短時標。這就為研究物質微觀世界超快速過程提供了新的工具，并將開闊這些領域的新前景。.1.激

3、光鎖模技術的原理激光鎖模技術的原理自由運轉激光器的輸出一般包含若干個超過閾值的縱模，如圖所示。這些模的振幅及相位都不固定，激光輸出隨時間的變化是它們無規(guī)則疊加的結果，是一種時間平均的統(tǒng)計值。假設在激光工作物質的凈增益線寬內包含有N個縱模，每個縱模輸出的電場分量可用下式表示:)()(qqtiqqeEtE????那么激光器輸出的光波電場是N個縱模電場的和，即)()(qqtiqqeEtE????()()qqitqqEtEe?????()()q

4、qitqqEtEe?????位相保持為常數，激光器輸出在時間上有規(guī)則的等間隔的短脈沖序列。2.激光鎖模技術的方法激光鎖模技術的方法.從1964年至今，對鎖模方法的研究一直是十分活躍的。已經發(fā)展了多種方法，但研究得最廣泛且有實用意義的主要有主動鎖模、被動鎖模、同步鎖模、注入鎖模及碰撞鎖模等幾種?，F分別扼要地說明它們的工作機理。2.1.主動鎖模主動鎖模分幅度調制和相位調制二類，但調幅用得廣泛，調制器較多采用聲光調制器。在激光諧振腔內插入聲光

5、調制器.使諧振腔內產生周期性交變的損耗γ，若γ的變化周期為T=2Lc，也就是光在腔內來回一周所需的時間，損耗γ的交變頻率f=一1T=c2L，也就是縱模間隔△v。，則諧振腔內便能形成鎖模脈沖，窄脈沖周期性地出現在損耗γ的最小值處.這種結構初看起來與聲光調Q類似，主要差別只是鎖模時在聲光調制器上所加的驅動信號要保證其產生的損耗頻率必須嚴格等于△vq。2.2被動鎖模被動鎖模被動鎖模裝置很簡單，只需在腔內插入一個裝有飽和吸收染料的“盒”即可。染

6、料必須具備以下幾個條件：第一，染料的吸收線應和激光波長很接近；第二，吸收線的線寬要大于或等于激光線寬；第三，其馳豫時間應短于脈沖在腔內往返一次的時間，否則就成為被動調Q激光器了。被動鎖模的突出優(yōu)點是結構簡單，器件可做得小而輕，價格低廉。缺點是不如主動鎖模那樣穩(wěn)定性高，實現鎖模的激發(fā)機率僅60~70%，主要適用于脈沖工作方式的鎖模。2.3同步鎖模同步鎖模同步鎖模是最近發(fā)展起來的用以獲得寬光譜可調諧且模式鎖定的好方法。用一個Ar聲光鎖模激光

7、器去泵浦一個若丹明6G可調諧染料激光器。氨離子鎖模激光器輸出的鎖模脈沖列的平均光功率為30omw，每個脈沖的寬度約20oPs。在結構上我們設法使Ar激光器的腔長與若丹明6G染料激光器的腔長相等。則Ar一鎖模脈沖的周期T恰與光在染料激光器中來回一周所需的時間相等。這樣，激活介質Rh一6G受第一個Ar一、超短脈沖泵浦后產生受激輻射脈沖，經T時間A護的第二個超短光脈沖再次激勵激活介質，使染料迅速達閡值以上此時前一個Ar泵浦光脈沖所產的激光恰好

8、往返一周到達染料，并形成很強的受激輻射，使之在Ps量級的時間內迅速的耗盡了染料的反轉粒子數，染料激光脈沖的后沿通過染料時，非但得不到增益，反而受染料的吸收而產生一凈損耗。光脈沖經受若于次這樣的作用而達到穩(wěn)定運轉時，輸出的激光脈沖比泵浦光脈沖要窄得多。典型的結果是:若丹明6G可調諧激光器輸出的鎖模光脈沖(單個)的寬度僅4一sps。2.4注入鎖模注入鎖模這種鎖模激光技術的原理是，用一個高質量的鎖模脈沖作種子，在諧振腔內經多次再生放大，最后獲

9、得脈寬窄且輸出功率高的鎖模光脈沖。這個種子如果是由另一鎖模激光器產生后注入到再生放大激光器中來的，就稱為外注入鎖模。如果是同一個激光器先形成種子脈沖，然后再放大的則稱之為自注入鎖模。顯然，自注入比外注入在結構上要簡單得多。2.5碰撞鎖模碰撞鎖模碰撞鎖模是當今用于產生脈寬短于100f民且輸出穩(wěn)定的超短脈沖的最好方法。在環(huán)行腔內，分別沿順時針和逆時針方向傳播的兩路光脈沖恰好在可飽和吸收染料處相撞，在該處形成駐波，因而造成可飽和吸收介質上下能