主动锁模方式在线视频

好下面我们介绍一下

锁模的方式

首先介绍一下主动锁模

锁模的分类刚才说过了

一般的主要分几大类

一个是主动锁模一个是被动锁模

还有一大类叫同步泵浦锁模

这门课主要介绍前两种

先看一下主动锁模

主动锁模怎么叫主动锁模

就是刚才说过了

要把纵模锁定

如果不锁定的话

纵模在谐振腔中

它是自由振荡的它的纵模是随机的

怎么把它锁定呢

就给它人为的控制它

你这边等着你们不能随便的走

这样步调要一致了

有一个人一二一喊口令

让它们步调一致

喊口令的过程

有两种方式

一种叫振幅调制锁模

振幅幅调制也叫损耗锁模

因为调制了它的振幅了

其实就是给了它一个损耗

还有一种方式叫相位调制

也叫频率调制锁模

看一下下面这个图

就相当于在谐振腔中

加了一个控制元器件

这个元器件的纵模

让它步调一致起来

所以这样子上面那个图

如果没有控制元器件

出来的就是一个连续光

并且振幅还是有一些小的涨落的

如果有控制让它相位相干

就变成了一个脉冲序列

因为是把纵模锁定了

所以管这种方式叫锁模

这个产生锁模的方式叫

锁模脉冲产生方式

锁模的主动锁模

刚才说过来得有一个人

人为的控制它

加一个人为的控制器件

一般的来说有两种

就是一个叫声光调制器

一个叫电光调制器

电光调制器

大家在前面的课程应该学过了

就是叫一阶线性电光效应

也就是前面讲的

χ2对应的是普克尔斯效应

它是怎么工作的

是说当加一个外加电场的时候

晶体的折射率就会发生变化

使得晶体入射光

它的偏振方向发生了变化

如果控制这个系统

让它入射的光

比方说是沿着垂直方向振动

那么当它经过了晶体之后

它就变成了水平方向振动

这个时候如果在后面加一个检偏器

就可以让比方说垂直方向的光过去

或者是水平方向上的光过去就可以

来做开关用

这个叫电光调制器

这个一般调制的是相位

还有一种调制器叫声光调制器

声光调制器就是顾名思义

给介质一个声波

介质声波当它经过介质的时候

这个介质

因为声波是一个弹性波

就使得这个介质的分布

变成了一个疏密相间的一个条纹变化

这个条纹的频率

是跟入射的声波是有关系的

因此看下面这个图

就有点像那个光栅了

所以它的作用

相当于是一个光学光栅的作用

这个时候如果左下角给它一个信号

如果不加信号的时候

相当于就没有这个条纹

好这个时候入射的是一个连续光

这个连续光

就穿过这个介质就过去了

就出来就是这个虚线部分

但如果这个时候给它加一个声波

这个介质就变成了

一个疏密相间的条纹了

就变成一个光栅了

这个时候入射光就被衍射

然后再干涉就出去了

因此它的出射光就变成了

这个图中的实线部分

这个时候拿一个探测器

要么放在实线部分

要么放在虚线部分

这个时候加不加声波

这个探测器就会有有信号和没信号

就通过这个来做调制

这个就是主要用的两种调制方式

有了调制方式

就可以看看它是怎么锁住的

第一种方式刚才说过了

叫幅度调制锁模

也就是叫做损耗调制

其实就相当于是

在这个激光器中的加一个损耗器件

这个损耗器件怎么加的呢

给了一个调制信号

就是看一下左边这个图

左边这个图有几个信号

第一个A(t)是加的调制信号

第二个是加了调制信号以后

这个介质它就会产生一个被调制

这个波就变成了一个透过率

就是有高有低的变化

所以第二个图是透过率的变化

第三个α(t)是损耗的变化

这三个波

对应着右边的这几个公式

第一个就A(t)代表的是调制信号

它的频率用的是二分之一ω t
m

m代表modulation代表调制信号

然后它造成的损耗

它的频率就变成了ω t了
m

这个大家也能理解

在电信号中

有正有负

所以前半周是正的

后半周是负的

但是对于光信号来说

是没有正负的

只有有和没有

所以调制信号来了以后

不管是正的还是负的

它都会有出现有和没有这个结果

因此损耗的频率

是调制信号频率的2倍

对应的透过率

因为透过率和损耗加起来是等于1的

所以透过率频率是ωm

这就是前三个波形

把这个调制信号加到谁上去呢

加到一个载波上去

就是左边这个图形中

大家看到整整齐齐出来的这列波

这列波叫载波

就是调至前的光场

用一个频率是ωc来表示的

这个c叫carry载波

它们振幅是一个连续的是一个平的值

把调制信号加上来

就相当于把调制信号给它叠加起来了

就变成了下面的这个

被调制以后的光场信号

就长成了这个样

就是E(t)

这个就是受到调制以后腔内的光场

就变成了这样子的一个形式了

这个形式看一下

发现就是这个

调制信号的频率是ωm

载波信号的

它的频率的时候一个ωc

可是这个被调至以后的光场

它却出来三个频率

就除了有ωc以外

还有ωc加ωm

和ωc减ωm

就出来了两个边频

一会儿再看一下

这个边频会产生什么影响

先看一下这个图

如果简单的解释损耗调制的话

那么从倒数第二列波

看到这个波被调制以后

就会有振幅有高有低

它是按照sin型号来变化的

损耗大家知道在激光器中

损耗是非常的敏感的一个器件

因为光波在激光器中

要来回振荡n多次

因此它就损耗高的这一部分

就逐渐逐渐就被损耗掉了

而没有被损耗的部分就能够

在这个激光器中存活下来

因此就对应着

这个图中的最后一列

就是在没有损耗的这部分就留下来了

这就是一个光强

而中间这部分的波都被损耗掉了

因此就没有了

因为零损耗点是周期性出现的

所以出来的光强

也是一个周期性分布的

这个就是脉冲

这个是从这个角度来解释的

如果从刚才的这个表达式

就是这个产生了两个边频

如果从这个角度也容易解释

当这个载波ωc

它的频率受到ωm频率的

这个信号调制的时候

产生两个边频

那这两个边频看一下左边这个图

仍然是这个纵模上面的那个

这个纵模

取中间这个点叫ν0这个点

如果这个作为它的中心频率的话

它如果被ωm的频率

来调制的话

就会产生两个边频

ωm用的是角频率

如果对应的频率

就用的是νm它们俩差2π的关系

好这个时候产生的两个变频

就是ν0加νm和ν0减νm

这是由于调制信号产生的边频

但是大家别忘了在谐振腔中

是有一系列纵模的

纵模的间隔是什么来着

是等于Δνq

这个时候如果让调制信号

对于载波作用产生的边频

和纵模间隔的那个频率

如果让它们俩相等

也就是让νm等于Δνq的话

那相当于就是这个调制信号

把这两个相邻的两个纵模就给锁住了

这个就是锁模

产生的νq+1它接着被调制

就又产生两个变频

就锁住了νq+2νq+3一直下去

就把这个净增益曲线下的

所有纵模就都被锁住了

因此这个过程也是

一个锁模过程就可以产生锁模脉冲

叫振幅调制产生的

锁模脉冲的一个基本的机理

这个时候注意就是

所有的纵模

它们都具有相同的振幅和相同的相位了

这个就是

损耗造成的锁模

现在来学习一下相位调制锁模

也就是主动锁模中的第二类

跟刚才说的一样主动锁模

是在腔内插入一个主动锁模器件

现在插的是一个相位调制器

用的是电光调制器

也就是当外加电场周期性的变化的时候

光波经过这个介质的时候

在不同的时刻

它的相位就会有一个相位延迟

这个对应的左边的图

就相当于是给了一个相位的调制

那大家知道这个相位取决于谁呢

取决于折射率

等于2πnl除以λ
φ

相位延迟

Δ 就跟Δn有关系
φ

如果Δn给了一个形式

向左边的这个形式

它是一个周期性变化的话

它的频率变化就可以用

这个表达式来写出来

就是频率变化是相位变化的导数

就等于d 比上一个dt
φ

所以相位的变化也可以求出来

相位的变化

跟Δn的变化趋势是一致的

这个时候

可以看到它的频率变化就反过来了

但是它的周期变化是一样的

原因是什么就是

当光波经过介质的时候

它的频率就会被调制

所谓的调制就是频率就会发生移动

也就是如果进入的光是ω0

被调制以后

ω0就在这个腔里渡越一次

它往过挪一点渡越一次它往过挪一点

但是大家知道

增益介质它的频谱的宽度是有限的

这个时候如果它转的次数多了

频率逐渐逐渐移

就移出了增益区

因此这部分模就不能够起振了

那谁能够留下呢

就只有那个频率不移动的

那部分波才能够留下

哪个部分频率不移动呢

看一下第三个曲线在零点处

就是频率不移动的位置

所以对应的这个频率不移动的位置

就会产生一个一个的小的脉冲

这个就是锁模的基本原理

但是这个里头需要注意的一点

大家看一下

这个里头在Δω变化

一个周期之内有两个零频移点的

那因此在

激光器的输出的时候

就会发现有的时候

如果要不采取特殊的措施的话

脉冲就有可能是在这个频率点

有可能是在那个频率点

并且它们之间是差π的相位关系

所以它就会跳

有时候大家做实验就会发现

一会儿出这列脉冲

一会儿出内列脉冲

那么其中有一个

原因就有可能是

因为零频率点的选择不同造成的

这个就是相位调制锁模

那这两类都属于主动调制