鎖模光纖激光器

鎖模光纖激光器主要內容：

激光器鎖模原理鎖模激光器輸出特性鎖模光纖激光器關鍵技術激光器鎖模原理概述

激光器輸出一般是多縱模振蕩模式，縱模之間的振幅與相位彼此獨立；如果能使得各個獨立模式在時間上同步、振蕩相位一致，則總光場是各個模式光場的相干疊加，輸出為一超短脈沖。這種把激光中各個縱模的相位關系鎖定、形成脈沖序列的方法稱為鎖模。鎖模技術鎖模方式主動鎖模被動鎖模主被動聯(lián)合鎖模通過外界信號周期性調制激光器諧振腔參量（如在腔內插入一個電光調制器），實現(xiàn)激光縱模間相位鎖定的鎖模技術。將主被動鎖模的特點相結合的一種會和鎖模方式。利用非線性元件對光強的依賴性，實現(xiàn)各縱模間的相位鎖定，進而產生光脈沖的鎖模方式。多縱模激光器輸出特性由于各縱模之間相位彼此相互獨立并呈無規(guī)則變化，所以各縱模之間相干項在時間平均下為零，平均輸出光強是縱模之和，不會出現(xiàn)相干加強或相干減弱時域脈沖波輸出，而是呈現(xiàn)出存在幅度和相位噪聲的連續(xù)光輸出。若共有（2n+1）個縱模，則激光的電場強度可表示為:總的光強為:鎖模激光器輸出特性可見，多個縱模相干疊加后，使能量聚集在一個峰值較高的波包中，形成鎖模脈沖，脈沖峰值功率比未鎖模時提高了(2n+1)倍。激光總的電場強度表示為:若使，即使相鄰縱模間的位相差均保持為某一常數(shù)a（通常稱此為相位鎖定或鎖模），則第q個縱?？梢员硎緸椋嚎偟墓鈴姙?非鎖模與鎖模激光輸出對比三個縱模隨機振蕩的情形三個縱模鎖模振蕩的情形主動鎖模激光器工作特性

鎖模脈沖的時間間隔為Δt=2L/c。由于2L/c恰好是一個光脈沖在腔內往返一次所需的時間，所以鎖模的結果可以理解為只有一個光脈沖在腔內往返傳播。而激光器的輸出則是時間間隔為Δt=2L/c的規(guī)則脈沖序列。（重復周期，重復頻率）

E(t)的振幅極大值A(t)max=(2n+1)E0，這說明在振幅出現(xiàn)極值的時刻各振蕩縱模的振幅同時到達極大值。（峰值功率）Pm=N2P0

鎖模后所得脈沖的寬度為Δt=[(2n+1)q]-1=1/，式中：q為器件的縱模間隔；為器件的振蕩線寬。所以激光的帶寬越寬，則所獲得的脈沖寬度越窄。（脈沖寬度）主動鎖模激光器輸出特性頻域（光譜）時域（脈沖）輸出經PD探測，輸入頻譜分析儀上得到頻譜主動鎖模建立過程（時域）通過調制腔損耗實現(xiàn)主動鎖模示意圖在激光器腔內插入強度調制器，對腔損耗進行調制。由于激光器在損耗最低時發(fā)射較強的光，激光在腔內往復傳播，當調制頻率等于相鄰兩縱模之間的角頻率間隔或者是它的整數(shù)倍時，初始產生的細微的強度差別不斷被增強，導致最終產生穩(wěn)定的鎖模脈沖序列。主動鎖模建立過程（頻域）

從頻域上看，在激光器腔內加入主動強度調制器，對腔內光場進行調制，則輸出電場強度可表示為：00+m

0-m

上式中M為調制系數(shù)，m為調制頻率。該式表明角頻率為0的縱模經過損耗調制后，除了原有的頻率為0的模式外，還在附近激發(fā)了兩個邊頻振蕩，其頻率分別為和，它們與頻率為0的模有相同的初始相位。0-m

0+m

如果使調制頻率m等于縱模間隔，則兩個邊頻正好對應鄰近的兩個縱模。同樣這兩個邊頻經過調制器后又會進一步產生以它們?yōu)橹行牡牧硗鈨蓪咁l，如此繼續(xù)下去，就可以將增益帶寬之內的所有縱模都耦合激發(fā)起來。因此，鎖模過程就是由模式競爭中獲勝的優(yōu)勢模通過調制器的作用，將其能量耦合到其它縱模上去。因所有縱模都是由優(yōu)勢模給予激發(fā)的，所以它們彼此間都保持著相位的同步，并經相干疊加，形成鎖模脈沖。主動鎖模建立過程（頻域）主動鎖模光纖激光器的典型結構示意圖主動鎖模光纖激光器諧波鎖模主動鎖模光纖激光器輸出脈沖的波形輸出脈沖的光譜被動鎖模技術（染料鎖模）利用非線性元件對光強的依賴性，來產生光脈沖的鎖模方式。激光介質染料盒全反鏡輸出鏡激光1、線性放大：泵浦剛開始，工作物質對產生的諸多光脈沖進行線性放大。2、非線性吸收：染料被漂白，強脈沖被迅速放大，弱脈沖被吸收。3、非線性放大：工作物質對留下的強脈沖進行非線性放大，使脈寬被壓縮。tPtPtPtPtP線性放大非線性吸收