被动锁模方式在线视频

现在我们来介绍一下被动锁模

被动锁模也是一种锁模方式

顾名思义被动锁模就是

刚才说主动锁模

人为的主动来让它锁模

被动锁模是什么呢

也是锁模但是这个时候

在腔内插入的这个器件

就不再是一个主动器件了

而是由于这个光波自己产生的

也就是在这个腔内

加入一个非线性吸收元件

这个非线性吸收元件

就可以把这个相位随机的这列波

给它转成稳定的脉冲序列

这个就叫被动锁模

被动锁模这个图

还是刚才那个主动锁模的图

差别在哪儿就是刚才说的

这个时候

让它管一二一的这个器件

不再是主动器件

而是被动器件

也就是里头加一个可饱和吸收体

这个有什么区别

也是有一个卡通图来表示一下

说如果这几个人

组成一个脉冲序列

如果前面有一个管理员

它们要想进这个门

这个门什么时候开

什么时候关由管理人员决定

这个就叫主动锁模

并且这个门开和门关的时间

跟脉冲在腔内渡越一次的时间

要精确的吻合起来

这就是主动锁模

被动就是说

仍然是有这一列波

但是也要让这个门打开

但是这个时候这个门没有人管了

是我们自己去推这个门儿

但是这个门很难推

所以大家就要先推它一下

推推推一个人推不开 两个人推

当推到第四个人的时候

这个门就推开了

好这一列人就出去了

然后这个门关掉

下一波人来了以后接着推

就是它自己把这个门推开

然后自己出去这个就叫被动锁模

怎么把这个门推开呢

就是刚才说的

用了一个可饱和吸收体

可饱和吸收体这个概念

大家一听也很容易知道

什么叫可饱和吸收体

就是这个有一个比方说

有一杯水里头放一颗糖

一开始放糖的时候

糖就被水慢慢慢慢融化掉

看到的还是一杯水的模样

接着放糖放到一定程度

这个水饱和了那这个时候糖就留那里

就能看到糖粒在这个水里头了

这个时候它就不再吸收糖了

这个时候如果让糖再经过水的时候

它不吸收糖就过去了

这个就叫可饱和吸收

就是这个例子

在一开始的时候光强比较小的时候

光子就全部被介质吸收掉了

这个门就打不开

然后随着粒子数逐渐逐渐的增多

在某一时刻介质饱和

这个时候粒子再过来的时候就过去了

这个就叫可饱和吸收

其实也相当于是一个损耗调制过程

就相当于下面的这个图

就是当它饱和的时候

好这个时候门就开了

门一开就一拨人就过去

就产生一个脉冲

但是这个门很快就关掉了

接着再走再饱和下一个时候又饱和

这个门又开就又一个脉冲出去了

这个就是被动锁模的过程

但是也是要注意门儿开的时间

要和腔长的时间

要精确的吻合起来

就可以产生被动锁模

那就产生了被动锁模脉冲

这个就是被动锁模的基本原理

被动锁模

一般的来说分为几类

按照非线性元件

产生的强度起伏时间来分

分为三类

一类叫快饱和吸收锁模

就是说门儿开的快慢

这个叫快饱和吸收锁模

这个主要对应的是

前面介绍的非线性克尔效应

就是由它造成的锁模

这个主要用在哪儿呢

用在固体激光器中因为固体激光器

它的上能级寿命是比较长的

因此需要一个快饱和吸收元件

第二类叫做慢饱和吸收体

就是这个门开的比较慢

拖拖拉拉的开的比较慢

但是它也同样可以产生一个窄脉冲

为什么呢就是因为还跟增益有关系

就是慢饱和吸收

与增益饱和共同产生的

就是虽然这个门儿开的比较慢

关得比较慢

但是队列中只有5个人这个时候

5个人过去之后门还开着

但是后面没有粒子

因此它一样的脉宽是比较窄的

这个适用于染料激光器

因为染料激光器的

上能级寿命是比较短的

第三类就是只有慢饱和吸收

那所以它叫慢饱和吸收锁模

这个对应的一大类

就是材料类可饱和吸收体锁模

通常用在

如果固体激光介质中

如果它的这个Kerr效应不太明显

或者光纤激光器中

Kerr效应不太明显的话

就是慢饱和吸收锁模

这是分为这三大类

这三大类

看一下它这个到底是怎么锁的

这里头有三条曲线

最上面那个蓝的就代表的是损耗

损耗就代表着那个门儿

那个门是开的快还是慢

第二条代表的是增益

就是说这个队列中队的人是足够多

要多少有多少这个就是增益

所以它是一个连续增益

在这两个的作用下

就可以产生一个脉冲

所以底下红颜色就是产生的脉冲

这个时候如果

这个门开的足够的快

就是Kerr效应

开一下出一个脉冲开一下出一个脉冲

这个就叫Kerr锁模

第二类就是这个说过来

是慢饱和吸收

慢饱和吸收一般来说这个门儿开的时候

还是比较快的

但是它关的时候比较慢

因此这个脉冲的前半部分

上升沿还是比较快的

但是它的下降沿如果门关的慢的话

如果这边的队列刚才说过

如果有100个人

这100个人就有可能都过去

这个队列就比较宽

如果增益看一下那个绿颜色

那个增益实际上就是说

增益以为它的这个上能级寿命非常短

就是这只有5个人

所以门虽然开着

但是这个脉冲也很窄

这个也形成一个窄脉冲

染料激光器的上能级寿命

是比较短的

因此在80年代的时候

它就已经产生了二十几个飞秒的脉冲了

还有一类就是

慢饱和吸收就是

损耗这个门儿关的也是比较慢的

而这个增益也是足够

就是后面这个队列的人也足够多

这个时候

就可以产生这个脉冲也一样

仍然可以锁模

只不过这个时候的脉冲呢是比较宽的

这个虽然是比较宽的

但是也没有

这个门儿关的时间的那么宽

原因是什么呢

这个也给了一个解释

看一下这个图

含有慢饱和吸收体锁模的

动力学过程

看一下这个虚线

虚线是它的损耗

就是它开门是比较快的

所以这个脉冲的上升沿很快

但是它关门是比较慢

如果按关门的速度来说

这个脉冲的后沿就会比较宽才对

但是从这个图上看到脉冲

实际上它的下降沿也是很快的

原因是什么呢

就是原因是说

虽然在这个后面这个门开着的时候

也有脉冲过来

但是因为它的后沿

它的损耗是比较大的

在激光器中

刚才说过了损耗如果大

它就逐渐逐渐的就会被损耗掉

并且因为它的光的强度比较弱

它也没形成孤子

所以它一边损耗一边展宽

一边损耗一边展宽

所以这部分光就损耗掉了

因此产生的这个脉冲

也是相对的来说比较窄的

这个就是这三种被动锁模机制

举例一下看看可饱和吸收体

一般的来说对应的哪些激光器

第一个快饱和吸收

快饱和吸收刚才说过了

是因为非现性效应

因为Kerr效应产生的

而Kerr效应主要是由于

产生的非线性折射率

非线性折射率等于n0+n2∣E∣²

就是n0代表普通的折射率

就是咱们说的水的折射率是1.33

玻璃的折射率是1.45

这个说的是常规下的折射率

另外还有一部分折射率

是跟入射的光强有关的

这部分能够产生什么呢

就刚才也解释过了可以给脉冲

消短这个就是钛宝石激光器

主要是自锁模用的是Kerr效应

刚才上节课讲过这个图了

高功率的部分

它的聚焦聚的比较小

就通过光阑过去了

低功率的部分

它聚焦聚的比较大

因此它通不过光阑就被损耗掉了

所以就使得这个脉冲

一个很宽的脉冲就被切成窄脉冲

这个就是克尔锁模的基本原理

由Kerr效应产生的

其实还有两种锁模机制

这个是在光纤激光器中

光纤激光器中有一种叫做NPR锁模

叫非线性偏振旋转锁模

Nonlinear polarization rotation

非线性偏振旋转锁模

它也是由于Kerr效应造成的

就是入射的一个光

它如果是一个有偏振特性的

这个光当它经过一个

偏振介质的时候

其实就是一个双折射介质

这个时候这个偏振光

就会发生偏转

就会由于相位调制产生偏转

因为高功率部分和低功率部分

它们的折射率不同

因此它偏转的角度不一样

高功率部分有可能偏转到垂直方向

而低功率部分有可能还在一个角度上

这个时候同样加一个检偏器

这个检偏器让它的方向

跟高功率部分的偏振方向相同

高功率部分就过去了

低功率部分

因为它跟我的检偏器的方向不同

所以它就被损耗掉

当这个模式在激光腔中

来回运转的时候

高功率部分就逐渐长大

低功率部分就被损耗掉

所以也跟上面那个图是一样的

也是把宽脉冲的两边切掉

产生一个窄脉冲

这个就是光纤激光器中的NPR锁模机制

还有一个就是在光纤激光器中

有一个8字形腔锁模

右边的这个图是8字型腔的

一个光纤环形镜

当这个入射的光

也是在耦合器部分分为两路

一部分沿着右边的方向走

一部分沿着左边的方向走

如果右边的方向和左边的方向

它们俩产生的相位不一样

也是由于非线性效应产生的

它在出来的时候耦合器部分

它的相干就不一样

就影响它的输出功率

由此来选择高功率部分和低功率部分

也是压窄脉冲产生锁模

这个就是克尔效应的主要的

这三大类锁模类型

对于慢饱和吸收

说过主要

是由材料类可饱和吸收体造成的

也就是它说过了叫可饱和吸收

只要这个材料有可饱和吸收特性

就可以拿来做可饱和吸收体

可饱和吸收体目前也分两大类

一类叫半导体可饱和吸收镜

就是左下角的这个图

它是由半导体做成的

并且它后面有一个DBR层

它相当于是一个镜子

所以叫半导体可饱和吸收镜

还有一类就是材料类的锁模

目前用的比较多的比方说碳纳米管

石墨烯拓扑材料

黑磷这一类也可以拿来做锁模

这是两大类可饱和吸收体

这个就是

被动锁模的主要的基本概念

后面会逐渐讲

对应的每一种不同的锁模机制

它到底是怎么产生脉冲锁模的

好今天的课就上到这儿

谢谢大家