0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

被动锁模原理和前沿超快激光器介绍

中科院半导体所 来源:光波常 作者:刘洋 2022-10-18 16:14 次阅读

锁模分为主动锁模和被动锁模。主动锁模威廉希尔官方网站 的关键在于利用声光或者电光效应,在激光腔内引入周期性调制的损耗,调制周期为脉冲在腔内运转一周的时间。如图所示,在增益大于损耗的地方,就会形成脉冲,脉冲宽度接近净增益窗口的宽度,一般在几皮秒到几十皮秒量级。

2f283a06-494e-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

对于被动锁模,引入损耗不需要外界的调制,而是由腔内运转的脉冲自身来触发,并且损耗的大小依赖于脉冲的光强:光强越大,损耗则相应降低;换句话说,脉冲中心处所经历的损耗比脉冲前后沿要小。具有这种性质的器件称为可饱和吸收体。

2f4b764c-494e-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

被动锁模可以归结为三种被动锁模机制:

(1)慢饱和吸收体和动态增益饱和下的被动锁模。在这种机制下,初始损耗大于增益,脉冲经历的损耗要比增益先达到饱和,并且损耗比增益更快地恢复至初始状态。由于慢可饱和吸收体达到饱和时,增益也达到了饱和,因此净增益时间窗口很窄,可以形成超短脉冲。

(2)快饱和吸收体锁模。这是我们比较熟悉的锁模机制,在这种机制下,增益恒定,当脉冲经过时,可饱和吸收体迅速达到饱和,迅速恢复,净增益时间窗口很窄,从而形成超短脉冲。

(3)慢饱和吸收体和恒定增益锁模。在过去很长一段时间内,大家以为只有前两种机制才能产生超短脉冲。因为相比于前两种来说,第三种锁模机制净增益时间窗口较宽,所以这种锁模方式产生的脉冲宽度较宽。但利用孤子锁模机制,便可以产生脉宽短于净增益窗口的脉冲。

这种情况下,可饱和吸收体主要发挥启动和稳定锁模的作用。进一步研究表明,即使不存在孤子锁模机制时也能实现稳定锁模,原因在于脉冲前沿损耗较大,并且脉冲在腔内每经过一圈,脉冲的中心都会向后沿偏移,随着后沿损耗增加,脉冲避免变宽。达到平衡的时候便达到锁模状态,实现超短脉冲输出。

2f6a6dcc-494e-11ed-a3b6-dac502259ad0.png


自启动是衡量锁模激光器一个很重要的指标,下面对比上述几种锁模机制的自启动难易程度。快饱和吸收体增益窗口比较窄,虽然适合产生超短脉冲,但是由于其自振幅调制取决于脉冲的峰值功率,峰值功率又正比于脉冲宽度;当腔内无法产生窄脉宽的噪声脉冲时,自启动比较困难,比如克尔透镜锁模。

相比之下,慢饱和吸收体由于自振幅调制只取决于脉冲能量,所以自启动则比较容易。主动锁模由于损耗是外来的正弦损耗信号,对于长脉冲来说损耗比较大,自启动也比较容易。

接下来从三个方面介绍一些前沿的超快激光器,主要包括:脉冲宽度、高平均功率和高重复频率三个方面。

2fdcd984-494e-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

首先是少周期脉冲产生。由于钛宝石由于具有超过400nm的增益带宽、相对较大的增益截面和高光学质量等优势,使得被动锁模钛宝石激光可以直接输出少周期脉冲。例如,利用棱镜对和啁啾镜补偿腔内的色散,钛宝石激光器可以输出宽度在5飞秒左右的超短脉冲。

3096cb96-494e-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

在2000年以前,激光器和放大器几乎是平行发展的,虽然二者提供的平均功率相当,但是振荡器输出高重频、低能量脉冲,而放大器产生低重频、高能量脉冲。随着掺镱光纤放大器、掺镱薄片激光器的发展,脉冲的平均功率得到很大提升。上图是截止2020年的世界纪录,可以看到薄片放大器得到了200mJ的脉冲能量,利用光纤相干合成得到了最高平均功率为3.5KW的脉冲输出。

318dc9f0-494e-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

最后介绍一些重复频率在GHz量级的高重频激光器。高重频激光器在超快高精度测量方面有着重要应用。上图为截至2020年,不同种类的高重频激光器在峰值功率、脉冲宽度和脉冲能量三个方面的对比。其中在脉冲宽度和峰值功率方面,钛宝石激光器表现卓越,但脉冲能量普遍低于10nJ。




审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 放大器
    +关注

    关注

    143

    文章

    13586

    浏览量

    213380
  • 激光器
    +关注

    关注

    17

    文章

    2514

    浏览量

    60335

原文标题:光学经典导读之被动锁模

文章出处:【微信号:bdtdsj,微信公众号:中科院半导体所】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    全固态SESAM激光器模特性研究

    激光器中得到了广泛应用,与主动和染料被动激光器
    发表于 06-02 10:06

    主动光纤激光器威廉希尔官方网站

    从高重复率、超短脉冲光源一一主动光纤激光器的进展历程出发,重点综述其各种稳定方法,并在此基础上讨论颇受关注的多波长产生威廉希尔官方网站 。随着威廉希尔官方网站 的进一步完善,主动
    发表于 08-28 08:59 13次下载

    元件SBR用于飞秒固体激光器中的分析

    摘要:为了得到稳定的飞秒脉冲,SBR广泛用于飞秒固体激光器中的。分析了SBR的结构和光谱特性,并从密度矩阵方程出发导出了SBR的吸收
    发表于 11-23 23:06 13次下载

    超短脉冲光纤激光器工作原理及其测量

      [摘 要] 简要阐述了飞秒光纤激光器的基本概念,分析了威廉希尔官方网站 的原理。结合被动光纤
    发表于 11-27 22:56 44次下载

    用腔内半导体可饱和吸收镜钛宝石激光器中自状态的实验研究

    摘要:用可饱和吸收体镜(SESAM)的掺钛蓝宝石激光器能够稳定运转在三种不同的状态,即可饱和吸收体被动
    发表于 11-30 14:54 28次下载

    高功率基固体倍频激光器及其应用

    30W基调Q绿光激光器和70W基调Q绿光激光器为美国光波公司推出的两款高功率基固体激光器
    发表于 01-28 08:28 1714次阅读

    傅立叶域(FDML)光纤激光器的研究进展

    傅立叶域(FDML)光纤激光器是 目前激光领域中比较有活力的研究课题,有着巨大的应用前景 在介绍 了 FDML光纤
    发表于 11-09 17:11 16次下载
    傅立叶域<b class='flag-5'>锁</b><b class='flag-5'>模</b>(FDML)光纤<b class='flag-5'>激光器</b>的研究进展

    速度、厚度、能耗比拼,单模块激光器较多激光器优势何在

    单模连续激光器、多连续激光器激光切割设备中应用广。在切割应用中,光纤激光器的聚焦光斑对切割出的质量具有重要影响,单模
    的头像 发表于 12-25 10:38 1900次阅读

    详细介绍激光器的横模和纵之间的区别

    本周《涨知识啦》主要给大家介绍的是激光器的横模(lateral mode)和纵(longitudinal mode)的区别。做为激光器的两个关键参数,从表象看会让人错误的理解为仅仅是
    发表于 01-25 14:00 1.7w次阅读
    详细<b class='flag-5'>介绍</b><b class='flag-5'>激光器</b>的横模和纵<b class='flag-5'>模</b>之间的区别

    高功率克尔透镜掺镱全固态激光器研究进展

    高功率克尔透镜掺镱全固态激光器研究进展
    发表于 11-04 15:56 1次下载

    单模激光器和多激光器的区别分析

      单模激光器和多激光器的本质区别在于单模激光器的输出光束模式中只有一个模式,而多激光器的输
    发表于 06-16 10:40 1281次阅读
    单模<b class='flag-5'>激光器</b>和多<b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>激光器</b>的区别分析

    详细探讨基于可饱和吸收效应被动威廉希尔官方网站 的发展情况

    激光属于超短脉冲,而是产生超短脉冲的主要手段,实现方式有主动
    的头像 发表于 07-17 17:46 4733次阅读
    详细探讨基于可饱和吸收效应<b class='flag-5'>被动</b><b class='flag-5'>锁</b><b class='flag-5'>模</b>威廉希尔官方网站
的发展情况

    “指尖”上的高性能激光器

    基于纳米光子铌酸锂的芯片级激光器 激光是观察、探测和测量自然界中我们用肉眼看不到的东西的
    的头像 发表于 12-08 06:36 407次阅读

    什么是激光器

    一、激光器的概念 激光器通常指用于发射超短脉冲的
    的头像 发表于 04-08 06:33 800次阅读
    什么是<b class='flag-5'>超</b><b class='flag-5'>快</b><b class='flag-5'>激光器</b>?

    激光器威廉希尔官方网站 之选、稳频、调Q及

          把这4种威廉希尔官方网站 放在一起讨论是因为它们都是直接对激光器谐振腔的输出特性产生作用。       1、选:       选其实就是选频。大多数激光器为了得到较大的输出能量使用较
    的头像 发表于 05-20 15:02 3192次阅读
    <b class='flag-5'>激光器</b>威廉希尔官方网站
之选<b class='flag-5'>模</b>、稳频、调Q及<b class='flag-5'>锁</b><b class='flag-5'>模</b>