激光鎖模技術(shù)

1、激光鎖模技術(shù)激光鎖模技術(shù)顧朝暉寧波大學(xué)光電信息工程116170013摘要摘要：鎖模是激光技術(shù)中的一個(gè)十分重要的組成部分。調(diào)Q技術(shù)，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(xué)技術(shù)的發(fā)展，在遙測(cè)技術(shù)、高時(shí)間分辨率光譜學(xué)、非線性光學(xué)、光電子學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)以及受控核聚變等許多領(lǐng)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(dòng)了超短光脈沖技術(shù)的研究，發(fā)展了激光鎖模技術(shù)。關(guān)鍵詞：鎖模技術(shù)，激光脈沖引言引言：世界

2、上是在1964年底首先對(duì)HeNe激光器實(shí)現(xiàn)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(xiàn)了紅寶石、YAG、欽玻璃及有機(jī)染料等鎖模激光器，獲得了ps()量級(jí)的窄脈沖。八十年代初，F(xiàn)k1210?等人又發(fā)展了碰撞鎖模的理論，使鎖模光脈沖進(jìn)入了fs()量級(jí)，這是至今在實(shí)1510?驗(yàn)室利用其它手段尚不能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)標(biāo)。這就為研究物質(zhì)微觀世界超快速過(guò)程提供了新的工具，并將開(kāi)闊這些領(lǐng)域的新前景。.1.激

3、光鎖模技術(shù)的原理激光鎖模技術(shù)的原理自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光器的輸出一般包含若干個(gè)超過(guò)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(shí)間的變化是它們無(wú)規(guī)則疊加的結(jié)果，是一種時(shí)間平均的統(tǒng)計(jì)值。假設(shè)在激光工作物質(zhì)的凈增益線寬內(nèi)包含有N個(gè)縱模，每個(gè)縱模輸出的電場(chǎng)分量可用下式表示:)()(qqtiqqeEtE????那么激光器輸出的光波電場(chǎng)是N個(gè)縱模電場(chǎng)的和，即)()(qqtiqqeEtE????()()qqitqqEtEe?????()()q

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

5、調(diào)制器.使諧振腔內(nèi)產(chǎn)生周期性交變的損耗γ，若γ的變化周期為T(mén)=2Lc，也就是光在腔內(nèi)來(lái)回一周所需的時(shí)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(nèi)便能形成鎖模脈沖，窄脈沖周期性地出現(xiàn)在損耗γ的最小值處.這種結(jié)構(gòu)初看起來(lái)與聲光調(diào)Q類似，主要差別只是鎖模時(shí)在聲光調(diào)制器上所加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)要保證其產(chǎn)生的損耗頻率必須嚴(yán)格等于△vq。2.2被動(dòng)鎖模被動(dòng)鎖模被動(dòng)鎖模裝置很簡(jiǎn)單，只需在腔內(nèi)插入一個(gè)裝有飽和吸收染料的“盒”即可。染

6、料必須具備以下幾個(gè)條件：第一，染料的吸收線應(yīng)和激光波長(zhǎng)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(shí)間應(yīng)短于脈沖在腔內(nèi)往返一次的時(shí)間，否則就成為被動(dòng)調(diào)Q激光器了。被動(dòng)鎖模的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件可做得小而輕，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是不如主動(dòng)鎖模那樣穩(wěn)定性高，實(shí)現(xiàn)鎖模的激發(fā)機(jī)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(lái)的用以獲得寬光譜可調(diào)諧且模式鎖定的好方法。用一個(gè)Ar聲光鎖模激光

7、器去泵浦一個(gè)若丹明6G可調(diào)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(gè)脈沖的寬度約20oPs。在結(jié)構(gòu)上我們?cè)O(shè)法使Ar激光器的腔長(zhǎng)與若丹明6G染料激光器的腔長(zhǎng)相等。則Ar一鎖模脈沖的周期T恰與光在染料激光器中來(lái)回一周所需的時(shí)間相等。這樣，激活介質(zhì)Rh一6G受第一個(gè)Ar一、超短脈沖泵浦后產(chǎn)生受激輻射脈沖，經(jīng)T時(shí)間A護(hù)的第二個(gè)超短光脈沖再次激勵(lì)激活介質(zhì)，使染料迅速達(dá)閡值以上此時(shí)前一個(gè)Ar泵浦光脈沖所產(chǎn)的激光恰好

8、往返一周到達(dá)染料，并形成很強(qiáng)的受激輻射，使之在Ps量級(jí)的時(shí)間內(nèi)迅速的耗盡了染料的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，染料激光脈沖的后沿通過(guò)染料時(shí)，非但得不到增益，反而受染料的吸收而產(chǎn)生一凈損耗。光脈沖經(jīng)受若于次這樣的作用而達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出的激光脈沖比泵浦光脈沖要窄得多。典型的結(jié)果是:若丹明6G可調(diào)諧激光器輸出的鎖模光脈沖(單個(gè))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(shù)的原理是，用一個(gè)高質(zhì)量的鎖模脈沖作種子，在諧振腔內(nèi)經(jīng)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(gè)種子如果是由另一鎖模激光器產(chǎn)生后注入到再生放大激光器中來(lái)的，就稱為外注入鎖模。如果是同一個(gè)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(jié)構(gòu)上要簡(jiǎn)單得多。2.5碰撞鎖模碰撞鎖模碰撞鎖模是當(dāng)今用于產(chǎn)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(nèi)，分別沿順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较騻鞑サ膬陕饭饷}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(zhì)上下能