【正文】 KLM 鎖模原理 。 目前，最為廣泛使用的一種產(chǎn)生飛秒激光脈沖的克爾透鏡鎖模 (Kerr Lens mode locking)技術是一種獨特的被動鎖模方法。與 vm建立振蕩相位關系的模越來越多，最后使在激光增益線寬范圍內全部的縱模都耦合起來。 f的邊帶被調制，又產(chǎn)生頻率 vm177。那么， vm將通過兩個邊帶的“搭橋”與和它相鄰近的兩個模發(fā)生耦合，三者建立了振蕩相位關系。 鎖模技術 以主動鎖模為例，用頻率 f驅動調制器，同時讓最靠近增益峰值頻率 vm的模開始振蕩，通過調制產(chǎn)生 vm +/f的邊帶。實現(xiàn)鎖模的方法很多，但一般可以分成兩大類：即主動鎖模和被動鎖模。 ?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。 0ν首頁 主動鎖模 2. 相位內調制鎖模 ?如果在諧振腔中插入一個電光位相調制器，也可達到鎖模的目的。 ?從模式耦合的角度來說明損耗調制鎖模的原理。 ?當 時， m=0， 1， 2…… 光強最大 圖 430 鎖模光強脈沖 2t m?? ??相鄰脈沖峰值間的時間間隔 22022022sin ( 2 1 )2( ) l im ( 2 1 )sin2t mtENI t N Et?? ?????????? ? ????????22LT c?????脈沖寬度，即脈沖峰值與第一個光強為零的谷值間的時間間隔 21( 2 1 ) 2 1TNN???? ? ?? ? ? ??)12(20)2s i n(0]2)12s i n[( ?????????? N nmtttN 但 主動鎖模 1. 損耗內調制鎖模 圖 (431) 鎖模調制示意圖 圖 (432) 中心頻率及兩邊頻 ?如圖 (431)所示，在諧振腔中插入一個電光或聲光損耗調制器。 )()( qq tiqq eEtE ?? ??則總的輸出為 ，各縱模為非相干疊加。 染料需滿足下面條件： （ 1） 吸收體的吸收峰和激光器的中心波長對應； （ 2） 染料配成溶液要具有一定的穩(wěn)定性； （ 3） 選擇的染料必須有高的開關效率 。 64 染料 調 Q 激光器 染料的可飽和吸收系數(shù) ?0是光強很小時的吸收系數(shù)； Is 為染料的飽和吸收光強 (與染料種類及濃度有關 ) （ 1）染料吸收特性 光強很小時，吸收系數(shù)很大， I = 0 時 , ? = ?0 光強很大時，吸收系數(shù)很小， I Is 時 , ? = 0 65 開始泵浦 ? 腔內熒光弱 ? 吸收系數(shù)大 ? Q 值低 ? 不能形成激光 繼續(xù)泵浦 ? 腔內熒光變強 ? 吸收系數(shù)變小 ? 熒光達到一定值時 ， 吸收系數(shù)飽和 ? 染料被漂白 ? Q值突增 ， 形成激光脈沖 ? 泵浦結束 激光介質 染料盒 激光 全反鏡 輸出鏡 氙燈 （ 2）染料調 Q原理 66 （ 3）對染料的要求 吸收體是染料 Q開關的核心 ， 它對調 Q的效果影響最大 。 Q開關關閉 62 （ 2） 第二階段：脈沖形成階段 在第一階段工作物質的反轉粒子數(shù)達到最大值時 ，突然撤除超聲場 ， 衍射效應立即消失 ， 腔損耗減少 ， Q值猛增 ， 激光振蕩迅速恢復 ， 激光能量以巨脈沖的形式輸出 。 ( 衍射效率高 ) +1級衍射光 零級光 入射光 61 激光介質 聲光器件 全反鏡 輸出鏡 （ 1） 第一階段：積累階段 激光通過聲光介質中的超聲場時產(chǎn)生衍射 ， 使光束偏離出諧振腔 ， 造成諧振腔的損耗增大 ， Q值下降 ，激光振蕩不能形成 。 60 分類 聲光互作用區(qū)域短 ， 相當于平面光柵 ， 對入射光方向要求不嚴格 ， 能產(chǎn)生多級衍射光 。 2/?U2/???2/???U59 聲光調 Q激光器 聲光調 Q利用晶體的聲光效應 ， 以聲光相互作用為基礎 。 這束圓偏光通過全反射后第二次通過 KDP， o、 e光又得到 相位差 ，于是合成為線偏光 ， 此線偏光的偏振方向和入射光的偏振方向成 90度 。 57 簡化的結構 氙燈 全反鏡 YAG 激光 輸出鏡 偏振器 KDP 2/?U前面結構的缺點：在晶體上加 ， 對于 KDP來說電壓高達上萬伏；腔內插入兩個偏振片 ， 會增加插入損耗 。 ?U???56 激光介質 激光 全反鏡 輸出鏡 起偏鏡 檢偏鏡 電光器件 （ 2） 第二階段：脈沖形成階段 在第一階段工作物質的反轉粒子數(shù)達到最大值時 ，突然退去晶體上的電壓 ， 這時晶體又恢復了原來的狀態(tài) ， 光在腔內形成振蕩 。因此光不能在腔內來回傳播形成振蕩 。 偏振光通過 KDP晶體時分解為沿 X和 Y方向振動的振幅相等的兩束光 ， 它們的振動方向垂直 ， 頻率相同 ， 沿相同方向傳播時 ，其合成的規(guī)跡由兩光的相位差來決定 ， 當 時 ， 兩束光合成為一線偏光 ， 其振動方向相對入射光的原振動方向旋轉 90度 。 ?54 二、實現(xiàn) 調 Q 技術的方法 電光調 Q激光器 利用晶體的電光效應，在晶體上加一階躍式電壓，調節(jié)腔內光子的反射損耗。 ??G53 (2) 激光產(chǎn)生與輸出過程 ??G 條件： 因為增益已經(jīng)達到最大，所以損耗減小時，激光迅速建立，在極短的時間內，工作物質所貯能量通過光子的受激輻射過程釋放出來，或者腔內積累的能量快速釋放到腔外，形成巨脈沖。此時 Q值低。不產(chǎn)生激光輻射將使反轉粒子數(shù)不斷增加，實現(xiàn)這一過程的條件是：增益低于損耗，即 。 諧振腔內的損耗包括反射損耗、吸收損耗、衍射損耗、散射損耗和輸出損耗等，不同的調 Q 方法可以控制不同的損耗。 51 調節(jié) Q 值的途徑 cnQ??? 02?其中， n 為諧振腔內介質折射率； c 為真空中光速； ? 為光通過諧振腔單位距離的損耗率。 Q 值的定義：在激光諧振腔內，儲存的總能量與腔 內單位時間損耗的能量之比。 49 高功率激光器： ?追求單脈沖能量 ?追求峰值功率 ?追求更窄的脈寬 調 Q技術的目的： 壓縮脈沖寬度，提高峰值功率。 )]s i ns i n(1[21]s i n24[s i n2s i n 0002020 tVVItVVIII ??????????????tVVII ???s in221 00?? 電光相位調制 相位調制裝置示意圖 。為使工作點選在曲線中點處，通常在調制晶體上外加直流偏壓完成。 ??? VIEEI ????? 633020222 s i n2s i n39。2 39。39。 V，入射到晶體的在 x方向上的線偏振激光電矢量振幅為 E，則： ?通過晶體后沿快軸 和慢軸 的電矢量振幅都變?yōu)? ?沿 和 方向振動的二線偏振光之間的位相差 ?通過通振動方向與 y 軸平行的偏振片檢偏后產(chǎn)生的光振幅如圖，分別為 則有 相互之間的位相差為則有： )c os1(21)c os (239。它由兩塊交叉偏振片及其間放置的一塊單軸電光晶體組成。這里講的主要是外調制。 又由于 ?＞?0，因此有 M’ ?M ＞ 1 激光調制的基本概念 1. 激光調制就是把激光作為載波攜帶低頻信號。 M是倒置望遠鏡對普通光線的傾角壓縮倍數(shù)。 022???? ?00122101200201022 222???????????????????????MffMMffffff???????