【正文】 科爾透鏡鎖模實際上是利用了材料的折射率隨光強變化的特性使得激光器運轉(zhuǎn)中的尖峰脈沖得到的增益高出連續(xù)的背景激光增益，從而最終實現(xiàn)短脈沖輸出。 2f的新邊帶。如果驅(qū)動頻率 f等于兩個縱模的頻率間隔。 飛秒激光脈沖的產(chǎn)生原理 寬頻的激光介質(zhì)、脈沖壓縮機制、腔內(nèi)色散補償 產(chǎn)生激光超短脈沖的技術(shù)常稱為鎖模技術(shù) (mode locking)，即，使發(fā)生振蕩的模式之間建立穩(wěn)定的相位關(guān)系，發(fā)生相位“干涉”。假設(shè)中心頻率 處的模首先振蕩，其調(diào)制后的電矢量為： 0ν????? tνtνMEtνtνEEtE mmm 0000 2c o s)2c o s1(2c o s)2c o s()( ????tννMEtννMEtνEtE mm )(2c os2)(2c os22c os)( 000000 ????? ???即在激光器中，一旦形成 的振蕩，將同時激起兩個相鄰模式的振蕩，如圖（ 4－ 32） 。 ???qtiq qqeEtE)()( ?? q＝ N， (N1)， …… 0， …… (N1)， N 共 (2N+1)個模式，又設(shè)相鄰模式的圓頻率之差 ，則 0q q??? ? ?????? NNqq tq ΩiEtE ])(e xp[)( 0 ??LcΩ ??4. 如各模式的振幅相等， Eq=E0，初位相相同且為 ?q=0，則 0001sin ( 2 1 ) ( )2()1sin ( )2Ni t i tiq tqNNtE t E e e E et?????? ???????????? ????2202sin ( 2 1 )2()sin2tNI t Et???????????????? 鎖模原理 430是 2N+1＝ 9個縱模經(jīng)鎖模后得到的有規(guī)則的脈沖示意圖。 因此合理的選擇染料很重要 ， 并不是什么樣的染料都可以做調(diào) Q開關(guān) ， 而且不同的工作物質(zhì)所需要的染料不同 。 故在光泵激勵下其上能級反轉(zhuǎn)粒子數(shù)將不斷積累并達到飽和值 。 聲光介質(zhì)在超聲波的作用下 ， 折射率發(fā)生周期性的變化 ， 介質(zhì)變成正弦相位光柵 ， 當光通過其中時 ，發(fā)生衍射 。 改進結(jié)構(gòu)：晶體上加 從 YAG來的光通過 P變成 x ( y )方向振動的光 ， 通過 KDP時 ， 分成 x’ ( y’ )方向振動的光 ， 兩束光的相位差 ， 出射晶體以后 ， 合成為圓偏振光 。 這就相當于腔內(nèi)光子的損耗很大 ， Q值很高 ， 稱為 “ 關(guān)門 ” 狀態(tài) 。 55 （ 1） 第一階段：積累階段 激光介質(zhì) 全反鏡 輸出鏡 起偏鏡 P1 檢偏鏡 P2 電光器件 + 第一階段是在晶體上加 。 ?激活介質(zhì)－諧振腔組合貯能 使能量以光子的形式貯存在諧振腔內(nèi)但是不輸出到腔外。 52 調(diào) Q的過程 (1) 能量貯存過程 ?激活介質(zhì)貯能 光泵的能量被激光介質(zhì)吸收后，激活離子貯存在高能態(tài)上 (該能級有一定的壽命 )。 式中， E 為腔內(nèi)儲存的總能量； dE / dt 為光子能量的損耗速率，即單位時間 內(nèi)耗的能量； 一、調(diào) Q技術(shù)的基本概念 dtdEEQ/2 0???0?為激光的中心頻率。加電場后，振動方向與晶體的軸相平行的光通過長度為 的晶體，其位相增加為 300 6 322 znn E l? ????? ? ?????場 ，光在晶體的輸入面 (z=0)處的場矢量大小是 c osU A t??入則在晶體輸出面 (z=l)處的場矢量大小可寫成 )s i nc os (22c os 63300 ttAUlEnntAU mz ??????? ????????? ????????? ??? 出出式中， 為相位調(diào)制度 lEnm ?? 6330 ????圖 (423) 相位調(diào)制裝置示意圖 46 47 弛豫振蕩：泵浦使激光器達到閾值，產(chǎn)生激光 ? 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)減少至低于閾值，激光熄滅 一般固體脈沖激光器的輸出特性 48 特點： 原因 ? 激光器的閾值始終保持不變 輸出的脈沖是系列尖峰振蕩，激光器在閾值附近工作； 脈寬比較寬，輸出功率低； 加大泵浦能量，只是增加尖峰的個數(shù)(縮短尖峰間隔 )，不能增加峰值功率。 ???電光調(diào)制裝置示意圖 電光強度調(diào)制 下 圖 畫出了曲線的一部分以及光強調(diào)制的情形 。2 39。偏振片的通振動方向分別與 x、 y軸平行。 。 倒裝望遠鏡系統(tǒng)壓縮光束發(fā)散角 M’是高斯光束通過透鏡系統(tǒng)后光束發(fā)散角的壓縮比。 sf 高斯光束的準直 00 ???? f??2. 可以看出，增大出射光束的腰粗就可以縮小光束的發(fā)散角。 fR?? 12 ?????f 短焦距透鏡的聚焦 ?????????????????????????? 122222222222202 ])(1[)()(1)()(11???????????????????????fffffffRfR 高斯光束的聚焦 ? 前一種方法就是要采用焦距小的透鏡 2200)(1)( ????? zz ??即縮短 和加大 都可以縮小聚焦點光斑尺寸的目的。39。 ??????????????????????????),(39。 高斯光束通過薄透鏡時的變換 1. 透鏡的成像公式： fss 111 ??? ，注意參數(shù)的正負。 ?第二、氖的不同同位素的原子譜線中心有一定頻差。 把振蕩頻率鎖定在外界的參考頻率上，例如用分子或原子的吸收線作為參 考頻率，選取的吸收物質(zhì)的吸收頻率必須與激光頻率相重合。 。②可通過調(diào)節(jié)望遠鏡的離焦量得到熱穩(wěn)定性很好的激光輸出。 圖 45 不同腔的衍射損耗曲線 (1) 基本做法是在諧振腔內(nèi)插入一個適當大小的小孔光闌。 212210???????? aIdIa??? ??21020 21200 2)2e xp (2)( ??????????? IdIdI ???? ?? ??)2e xp (22)(39。采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，并在腔中放置由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器 (相當于光二極管 )和石英晶體片組成的光學隔離器，使激光束只能以行波方式單向傳播。 由此可以得到復合腔的頻率間隔 : 適當選擇 l1及 l2，可以使復合腔的頻率間隔足夠大，即兩相鄰縱模間隔足夠大，與增益線寬相比擬時，即可實現(xiàn)單縱模運轉(zhuǎn)。 復合腔選模 是一個邁克耳孫干涉儀式復合腔 ， 它由一個邁克耳孫干涉儀取代諧振腔的一個反射鏡構(gòu)成 。 nLcq 2?? ? 珀羅標準具法： 如圖 42所示，在外腔激光器的諧振腔內(nèi)，沿幾乎垂直于腔軸方向插入一個法布里－珀羅標準具 由于多光束干涉的結(jié)果，對于滿足下列條件的光具有極高的透射率 獲得最大透射率的兩相鄰頻率間隔 ????222 s i n2 ???dmcm????222 s i n2 ????dcm圖 (42) 法布里 珀羅標準具法示意圖 適當?shù)恼{(diào)整 角，就可以達到選頻的目的 ?對于多縱模激光器，在諧振腔中插入一標準具后，我們適當?shù)剡x擇標準具的厚度 d和反射率 ρ，使得標準具的峰值頻率間隔 Δv與激光器的熒光線寬相當，從而使得在有效增益線寬內(nèi)，只能通過一個縱模，而其余的縱模因透過率小均被標準具所 “ 濾掉 ” ，從而達到選縱模的目的。 由于腔長縮短 ， 激光輸出功率必然受到限制 。 色散腔法雖然能從較寬范圍的譜線中選出較窄的振蕩譜線，實現(xiàn)了單條熒光譜線的振蕩；但這還只是較粗略的選擇， 在該條譜線的熒光