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激光鎖模技術

作者:東譜科技(廣州)有限責任公司 瀏覽: 發表時間:2019-04-17 09:00:00 來源:光電資訊

激光鎖模技術指在激光器內不同振蕩縱模之間實現位相鎖定,以期獲得規則的超短脈衝序列的專門技術。在不采用特殊的附加技術的一般情況下,在激光工作物質增益線寬內往往會產生多個或大量縱模的同時振蕩。

如果激光工作物質的增益帶寬主要是由自發輻射過程的非均勻增寬機製所決定,則上述多個不同縱模的振蕩可以彼此獨立地發生,它們相互之間的位相關系對時間來說是隨機變化的,彼此之間不能產生持續的相幹作用;與此相應,輸出激光實際上是由一系列不規則的寬度較寬而高度較低的雜亂脈衝組合而成,這是由於大量頻率不同而位相關系隨機改變的電磁場“拍頻”作用的結果。

如果通過采取某種特殊的方法,使得在共振腔內不同的振蕩縱模之間建立起確定的(“鎖定”的)相對位相關系,則它們之間的振蕩就不再是彼此無關的,而必然伴隨著一種多縱模間的相幹作用效果。

眾多縱模之間保持同步振蕩和彼此之間相互“幹涉”作用的結果,導緻輸出激光呈現為一系列規則的脈衝系列;該序列中每個單獨光脈衝的時間寬度,由維持同步振蕩的不同縱模的數目所決定,並且在數值上約等於相鄰縱模頻率間隔與上述振蕩縱模數相乘積倒數。由上面的說明可看出,為獲得盡可能窄的輸出激光脈衝寬度,采用具有較大增益帶寬的激光工作是有利的。

為實現激光縱模之間的位相鎖定,可分別采用以下兩種方法:

主動鎖模在腔內置入適當的損耗調製元件(如聲光調製元件或電光調製元件)並使調製的頻率 v┡ 正好等於由共振腔所決定的相鄰縱模頻率間隔δv=с/2L(с為光速,L為腔長)。此情況下,按傅裏葉分析原理,對某個指定的縱模而言,由於受頻率為v┡ 的幅度調製,其頻譜結構圖中的側邊帶正好與其相鄰的兩個其他縱模頻率位置相重合;這意味著通過調製側邊帶而使不同振蕩縱模之間發生能量耦合並進而形成同步振蕩或位相鎖定式的振蕩。

被動鎖模實驗研究表明,將可飽和吸收染料媒質置於激光共振腔技術內,不但可起到調Q開關(見激光調Q技術)的作用,而且在一定的條件下,他們亦可起到鎖模的作用;此時不需要外界附加的調製源,而是靠染料媒介本身與激光相互作用的固有特性,因此這種鎖模技術稱為被動鎖模技術。

多個振蕩縱模與腔內可飽和吸收染料媒質相互作用的結果,是使染料媒質本身的光學透過率特性呈現出周期性脈動的特點,而這種變化周期所對應的頻率,恰恰等於相鄰振蕩縱模之間的頻率間隔,從而能產生類似於主動調製鎖模那樣的效果。被動鎖模的優點是方法簡單、裝置輕便;不足之處是鎖模穩定性和重複性不如主動鎖模。

在某些使用要求下,亦可同時采用主動鎖模與被動鎖模的方法,以收到更好的效果。

以一般常用的釹玻璃脈衝激光器而言,由非均勻加寬決定的增益帶寬可達上百埃,采用調Q技術,可使激光輸出脈衝時間壓縮到10~10秒量級;若進一步采用鎖模技術,則可獲得更精細的規則脈衝序列,其中每個單脈衝的持續時間可壓縮到隻有10~10秒量級或更短;在此基礎上,若再進一步采用腔外選脈衝開關(如火花隙控製電光開關),則可在輸出脈衝序列中挑選出單獨一個激光超短脈衝,輸入到下一級的激光放大器系統中進行放大。


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