饱和吸收体对飞秒脉冲固体激光锁模的影响

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可饱和吸收体锁模原理

可饱和吸收体锁模原理
可饱和吸收体锁模原理是一种基于量子阱材料的锁模技术，该技术利用了量子限制效应，通过改变材料表面的光吸收特性和光折射率来完成激光锁定。

以下是该原理的详细解释：可饱和吸收体是一种特殊的材料，其吸收特性随着光强的变化而改变。

在弱光照射下，可饱和吸收体会吸收大部分光线，使得激光无法形成。

然而，当光强增加到一定程度时，可饱和吸收体达到饱和状态，其吸收系数降低，使得激光能够通过并形成稳定的脉冲。

在激光器中，可饱和吸收体被放置在激光腔内，当激光在腔内来回反射时，会多次通过可饱和吸收体。

这样，强脉冲部分由于能量较高，更容易使可饱和吸收体达到饱和状态，从而更容易通过并形成稳定的脉冲。

而弱脉冲部分则会被吸收体吸收，逐渐消失。

通过调节可饱和吸收体的参数和激光器的腔长等参数，可以实现对激光脉冲的精确控制。

这种锁模技术具有高效率、稳定性和可靠性等优点，被广泛应用于超快激光领域。

激光在慢饱和吸收体中产生的飞秒脉冲频率机制的研究

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蛳Ｉ飞秒脉冲频率机制的研究
帕力哈提．吉提，马依拉木．米木斯得克，艾尼瓦尔．艾买提
摘要本文利用缓慢饱和吸收体研究飞秒脉冲振荡锁模，提出了在孤立子基础上引起的
连续渡避体激光锁模机制及提高稳定振荡的 ‘ 条件，种锁模机制和在激光器中存在的位相利这
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半导体可饱和吸收镜实现超短高功率脉冲激光研究进展

摘
要：介绍了半导体可饱和吸收镜（ＥＡ的基本结构及使用半导体可饱和吸收镜被动锁ＳＳＭ）
模固态激光器的基本原理。综述了利用半导体可饱和吸收镜被动锁模薄片式固态激光器及光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器，得高平均输出功率超短脉冲的最新进展，获并指出量子点半导体可饱和吸收镜的使用将加速超短高功率脉冲的发展。
ｈｎｄｓｓｌｓｅｌｓｒａｐｉｌｕｅｅｔａｅｔｒｌｃｖｔｓｒａｅｅｔｎｅｃｎｕｔｒｌｒｒＳｔｉ－ｉｏｉｔｔａｅｄｏｔａｙｐｍｐｄｖｒｃ－ｘｅａ－ａｉｕｆｃ－ｍｉｉｇｓｍｉｏｄｃｏａｅＯＰ — ｋｄａｓｎｃｌｉｌｎｙｔｓｓ
ＶＣＥ）ｔｏｔｉｈｇｖｒｅｏｔｕｏｅｌａｈｒｐｌｓｅｓｔｄａｄｉｉｅｐａｉｄｔａｔｅｓｄｆｉＥＳＬｏｂａｉａｅａｕｐｔｗｒｔｏｕｓａ，ｍｈｚｔｈｔｙｏｈｇｎｈｇｐｕｒｔｓｅａｔｅｎｔｓｒｓｅｈｕｈ
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3.飞秒激光锁模原理

3.1 克尔透镜锁模原理[2],[3]
如前所述,克尔透镜锁模(KLM)是一种简单方便的产生超短脉冲的方法，它不需要复杂的调制器。克尔透镜锁模是实验发现的, 其原理是后来才弄清楚的。克尔透镜只是提供了一个非线性自强度调制机制。克尔透镜锁模(KLM)激光器属于含有快饱和吸收元件的锁模激光器。图 3.1.1 为克尔透镜锁模示意图。KLM 的机理是由于激光增益介质的非线性克尔效应使得激光腔中的光束产生自聚焦，使脉冲中高功率密度部分被聚焦成光斑较小的光束，而低功率密度部分聚焦成的光斑半径较大，当在腔中放置一个光阑时，高功率密度部分由于光斑较小，通过了小孔光阑；而低功率密度部分由于光斑较大，部分光被小孔挡住而损失掉。当脉冲在腔内来回往返多次时，低功率密度部分不断被损失，而高功率密度部分由于穿过增益介质不断被放大，因而使时域中脉冲不断被窄化，由此产生脉宽很窄的锁模脉冲。由于克尔效应是由激光介质中产生的电极化引起的，它的响应时间在
TR Tc
（3.1.25）
N 是初始腔内振荡的纵模数, 且式中已经假定 p0 P0 ln N 。初始模拍起伏的寿命 Tc 可以设定为有效的模式相关时间, 它的定义为 3dB 增益带宽的倒数,
Tc

1
1 3dB
(3.1.10)
式中1 q'2 的实部，即相位波阵面曲率的倒数应该等于1 q '1 的实部。在以 R 为曲
率半径的反射镜面上，相位波阵面的曲率不应随强度而变化。相位波阵面的曲率
的变化是被 y1 的变化制约的。即[1/ q'2 ] 0 。对于 K 的一级近似, 有
52
飞秒激光技术与应用
第三章固体激光器锁模理论
级寿命, 饱和能量由 Ps Ag /( Tg ) 决定。 Ag 是增益介质内的光束平均截面。

基于石墨烯可饱和吸收被动锁模超快全固体激光器的研究

第31卷第9期光学学报V ol.31,N o.92011年9月ACTA OPTICA SINICASeptember,2011基于石墨烯可饱和吸收被动锁模超快全固体激光器的研究何京良郝霄鹏徐金龙李先磊杨英(山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100)摘要石墨烯具有饱和恢复时间极短、导热性好、吸收带宽、损耗低、成本低廉且容易制备等优点,被认为是光电子应用中理想的半导体可饱和吸收体材料,近几年受到广泛的关注。

介绍了本课题组最近在石墨烯锁模超快全固体激光器研究中取得的一些进展。

在用液相剥离方法成功制备出尺寸大于20L m 的石墨烯薄片的基础上,将其应用于全固态N d B G dV O 4激光器,实现了脉宽16ps 、平均功率360mW 的锁模激光输出,单脉冲能量为8.4nJ;继而在宽带增益介质Y b B K GW 晶体中又实现了脉宽为489fs 的超快激光,平均功率564mW 。

关键词激光器;全固态激光器;锁模;石墨烯中图分类号 T N 248.1 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 201131.0900138Ultrafast Mode -Locked Solid -State Lase rs with GrapheneSaturable AbsorberHe Jingliang Hao Xiaopeng Xu Jinlong Li Xianlei Yang YingSta te Key L abor at or y of Cr y st al M a ter ials ,Sha ndon g Un iver sity ,Ji c na n ,Shan dong 250100,Chin a Abstract Graphene has at tracted wide attention and been believed to be an ideal saturable absorber due to ultrafast saturation recovery time,wide absorption band,low loss,low cost,easy fabrication,super mechanical properties and high thermal conductivity.This paper presents our progress on grapheme prepa ration and its applic ation in solid -state lasers.The high -quality gra phene sheets with lateral size over 20L m a re obtained by bath -sonic ating a fter processing the worm -like graphite ma rginally with mixed oxidizer.With graphene as saturable absorber,16ps pulses have been obtained from the mode -locked Nd B GdVO 4la ser,with an average output power of 360mW and a pulse energy of 8.4nJ.By employing Yb B KGW crystal as gain medium,we have also obtained 489fs pulses with an average output power of 564mW.Key wo rds la sers;al-l solid -state laser;m ode locking;grapheneOCIS co des 140.4050;140.7090;140.3580;160.4330收稿日期:2011-07-18;收到修改稿日期:2011-08-01基金项目:国家自然科学基金(11074148)和国家自然科学基金重大研究计划(91022003)资助课题。

可饱和吸收体

锁模技术中，无源锁模不需要向激光器引入外部信号(如调制器的驱动信号等等)来产生脉冲，它们通常是使用激光腔中的光波来引起激光腔内某个元件的变化，而这个元件的变化又会引起腔内光的变化。

通常使用的的元件是一个饱和吸收体，也称可饱和吸收体。

这个元件会在是一种透射率与光强相关的的器件。

这意味着这个器件会在光线通过时依据光线的不同强度而有不同的表现。

对于无源锁模来说，理想的饱和吸收体会将低强度的光吸收，而在光强足够高时让其穿过。

锁模技术锁模是光学里一种用于产生极短时间激光脉冲的技术，脉冲的长度通常在皮秒(10秒)甚至飞秒(10秒)。

该技术的理论基础是在激光共振腔中的不同模式间引入固定的相位关系，这样产生的激光被称为锁相激光或锁模激光。

这些模式之间的干涉会使激光产生一系列的脉冲。

根据激光的性质，这些脉冲可能会有极短的持续时间，甚至可以达到飞秒的量级。

折叠编辑本段锁模理论在一个简单的激光器中，这些模式都是独立的振荡的，因此模式之间没有固定地关系，就好像一组彼此独立、频率稍有不同的激光从激光器中同时射出一样。

每一束光的相位都没有固定，而且相位可能因为各种原因产生随机的变化，例如激光器的工作材料的温度变化等等。

在只有很少的几个振荡模式的激光器中，模式之间的干涉会产生激光输出的拍频现象，这会引起激光强度的随机波动。

而在具有成千上万个模式的激光器，这些干涉现象会平均起来产生近似常数的输出强度，这种激光的工作方式被称为连续波。

如果不允许模式独立振荡，而是要求每个模式与其他模式之间保持固定的相位，激光输出就会有很大的不同特点。

这时的输出强度不再是随机性的变化或者近似为常数，而是由于不同模式的激光周期性的建立起相生干涉，导致产生脉冲激光。

这样的激光器被称为锁模或者锁相。

这些激光脉冲的时间间隔为τ= 2L/c，其中τ是激光往返共振腔所需的时间。

这个时间对应的激光器模式之间的频率间隔，也就是Δν= 1/τ。

脉冲的持续时间由同相振荡的激光的纵模数量决定。

高性能可饱和吸收体器件制备及其在全光纤脉冲激光器中的应用研究

高性能可饱和吸收体器件制备及其在全光纤脉冲激光器中的应用研究
汇报人： 2023-12-01
contents
目录
• 引言 • 高性能可饱和吸收体器件制备 • 全光纤脉冲激光器设计与构建 • 高性能可饱和吸收体器件在全光纤脉冲
激光器中的应用 • 研究成果与展望
01
引言
研究背景与意义
随着激光技术的不断发展，对高性能可饱和吸收体的需求日益增长，其在全光纤脉冲激光器、光限幅器、
和吸收体器件。
在全光纤脉冲激光器的设计和优化方面，探索新的方法和途径，提高激光器的性能和可靠
性。
拓展可饱和吸收体器件在其他光学领域的应用，如光通信、光学传感和光学成像等。
与其他科研人员和工业界合作，推动高性能可饱和吸收体器件和全光纤脉冲激光器的研究和应用。
THANKS
感谢观看
02
在全光纤脉冲激光器的设计中，需要进一步考虑如何提高激光器的稳定性和可靠性，以及优化脉冲的质量和形状。
03
需要进一步探索可饱和吸收体的物理机制和性能优化途径，以实现更高的性能和更广泛的应用。
未来研究方向与展望
深入研究可饱和吸收体的物理机制和性能优化途径，开发出性能更优、可靠性更高的可饱
03
全光纤脉冲激光器设计与构建
激光器基本原理与结构
激光器工作原理
阐述激光器的基本工作原理，包括光子的产生、放大和共振等。
激光器结构
详细描述激光器的结构，包括谐振腔、增益介质、泵浦源、冷却系统等组成部分。
光纤器件设计与制备
光纤材料选择
分析不同光纤材料的优缺点，包括石英、聚合物等。
光纤器件结构设计
详细描述光纤器件的设计过程，包括光纤型腔、滤波器、光放大器等。

可饱和吸收体原理

可饱和吸收体原理可饱和吸收体原理被广泛应用于激光器、光纤通信、医疗器械等领域。

这一原理基于光在材料中的吸收现象，通过控制材料中的吸收损耗来实现对光的控制。

本文将介绍可饱和吸收体原理的基本原理及其在激光器中的应用。

可饱和吸收体原理的基本原理是利用半导体材料中的吸收特性来调控光的能量。

这是建立在激光在半导体中的波长和材料吸收带隙相关性基础上的一种技术。

当激光器输出的光强度达到某一程度时，半导体材料中的电子会被激发出来，导致该材料中的吸收系数发生变化。

通常，这个电子受激过程会导致能带间跃迁，从而导致系统发生变化，使得反射系数或透射比例发生变化。

通过控制光强度，可以实现对光的控制。

在激光器中，可饱和吸收体原理可以被用来控制激光的稳定性和脉冲宽度。

一些高功率激光器，特别是固态激光器，常常会受到热效应干扰，导致激光的稳定性下降和脉冲宽度不均匀。

通过使用可饱和吸收体材料来产生可控的吸收损耗，可以调整激光的输出能量和脉冲宽度，以达到更稳定和均匀的输出。

另外，可饱和吸收体原理还可以在激光器中实现光脉冲的形状控制。

例如，在某些情况下，脉冲越短，则激光器对于对顶物质的伤害就越小。

在医学行业，诊断和治疗中需要更短、更锐利的激光脉冲。

可以使用可饱和吸收体原理来控制激光的输出脉冲宽度，以满足不同的应用需求。

总之，可饱和吸收体原理在激光器和光纤通信等领域有着广泛的应用。

在激光器中，可饱和吸收体原理可以被用来控制输出能量、脉冲宽度和脉冲形状，从而实现更稳定的输出。

未来，可饱和吸收体原理还有望被应用于太阳能电池和量子计算等领域，为这些领域的进一步发展提供新的技术支持。

锁模激光器的基本原理

锁模激光器的基本原理今天来聊聊锁模激光器的基本原理。

你知道吗？在生活中，我们常常能看到很多关于节奏和同步的现象。

比如说，学校里课间操的时候，大家都按照相同的节奏进行动作，排面看起来特别整齐。

这有点像锁模激光器里各个模式之间的有序排列。

锁模激光器呢，它里面有很多光学模式（这就好比一个合唱团里有很多不同音色的歌手）。

每个模式都有自己的频率、相位。

在普通情况下，这些模式就像是一群各自为政的人，大家各自发出自己的光信号，没有规律，最终合成的光看起来就很杂乱，强度也是杂乱无章的波动。

但是锁模就像是给这些模式制定了一个指挥规则（其实是一种特殊的调制）。

有趣的是，这么多模式按照这个规则就有序地排列起来了。

打个比方，就好像一群乱跑的人沿着相同的节奏在跑步。

在锁模状态下，这些模式之间的相位相互保持固定的关系。

这时候呢，激光输出是以脉冲的形式出现的（就像人从乱跑变成一起有节奏的跳动，是一种规律的、脉冲式的状态）。

在这个过程中有一些很关键的东西要理解。

首先得说说增益介质，这就像是提供力量的源泉，为激光的产生提供能量。

在增益介质里，各个模式互相竞争又互相合作。

说到这里，你可能会问，那锁模到底是怎么给这些模式设定规则的呢？这就涉及到主动锁模和被动锁模等各种方法了。

主动锁模像是有人拿着一个精确的时钟（像外部的调制信号），按照一定节奏去让模式同步。

被动锁模呢，更有趣，它有点像靠内部自己产生的特殊东西（例如可饱和吸收体）来引导各个模式同步。

可饱和吸收体就像是一个专门挑刺的审查员，对强光吸收少，对弱光吸收多。

在脉冲形成过程中，弱的光被吸收很多，强的脉冲光就一路通行，不断加强这个脉冲，进而让模式趋于同步。

老实说，我一开始也不明白为什么锁模能让激光性能有那么大提升。

后来我在学习的过程中才发现，这种有序性使得激光脉冲的时间宽度变得特别窄，但是瞬间的峰值功率却非常高。

这就好比同样的人群，如果他们各自乱跑，力量分散，但是如果有了同步规则，在某个时刻大家同时用力，产生的冲击力就会特别大。

饱和吸收体对飞秒脉冲固体激光锁模的影响_帕力哈提_米吉提

第24卷第1期新疆大学学报(自然科学版)V ol.24,N o.1 2007年2月Jo urna l o f Xinjiang U niv er sity(N atural Science Editio n)Feb.,2007饱和吸收体对飞秒脉冲固体激光锁模的影响帕力哈提·米吉提,买买提热夏提·买买提,郭雄英,郭玉洁(新疆大学物理科学与技术学院,乌鲁木齐,830046)摘　要:文中利用缓慢饱和吸收体研究飞秒脉冲振荡锁模,指出了在孤立子基础上引起的连续波固体激光锁模机制及提高稳定性振荡的有利条件.这种锁摸机制和在激光器中存在的位相锁模及中心带宽增益均对飞秒脉冲载波频率调整有着很大的影响.关键词:饱和吸收体;飞秒脉冲;激光锁模中图分类号:O437 文献标识码:A 文章编号:1000-2839(2007)01-0007-06Effect of Saturable Absorber to Solid State Mode-Locked Femtescond LaserPalihati M ijiti,Mamatrishat Mama t,GUO Xiong-ying,GUO Yu-jie(College of Physical Scien c e an d Technology,X injiang Univer s ity,Urumqi,X injiang830046,China)Abstract:The possibility o f M ode-Locking o f the ult ra-sho rt pulses(U SP)using slow sa turable absor bers is studied.It is sho wn tha t the la sing sta bility ca n be impr ov ed due to a new quasi-solito n mechanism o f mo de-locking in co ntinuo us w ave(CW)solid-sta te lasers.This M ode-Lo cking mecha nism closely related with phase self-modula tion in the laser and with de tuning of the U SP ca rrier frequency fro m the gain band center.Key words:sa turable a bso rber;femto sco nd laser;laser mode-locking0　引言近年来,连续固体激光器中超短光脉冲的振荡技术获得了突飞猛进的发展.在近红外波段通过啁啾脉冲放大及压缩,可获得接近两个光波振荡周期的4～5fs[1]光脉冲.获取光脉冲振幅和相位的时间与频率变化,对研究超短光脉冲振荡的物理机制,以及产生更短脉冲都有很重要的意义.同时,超短光脉冲作为极短的时间探针在物理、化学、生物和医学等领域已成为重要的研究工具,越来越多的应用表明,研究光脉冲结构和相位变化信息是许多研究工作的关键.例如,利用超短脉冲鉴定各种材料的线性和非线性性质,测量脉冲材料传输前后的位相变化是最基本的方法.测量的精度最终取决于脉冲位相测量的精度;具有相同光谱结构但不同位相结构的脉冲能够增加高次谐波的产生效率,影响有机分子中波速的运动.因此,建立一套能够实时测量超短脉冲振幅和位相的方法,促进其广泛应用有着重要的现实意义[2,3]. 超短飞秒脉冲的形成与慢速被动光阑补偿增益激活介质和谐振腔内的透明损耗的速度有关.如果透明损耗以很快的速度解除增益,那么具有谐振腔周期的激光系统将在很短的时间间隔内获得总和为正的增益.且在此时间间隔内能够产生脉冲振荡.这种增益包括激光噪音和不稳定的脉冲成分.因此,固体激光器的有效锁模与慢速饱和吸收体和飞秒脉冲振荡的稳定性密切相关[4,6].1　饱和体对激光锁模的数学描述根据自恰性理论,固体激光谐振腔内连续振荡的光脉冲的传播为A(k,t),其中k为光脉冲在谐振腔内的传播次数,t为光脉冲在谐振腔内对应于一次传播的时间或者局部时间[7～9].A(k,t)在带激活介质的收稿日期:2006-12-01基金项目:国家自然科学基金项目(课题编号:60168001)作者简介:帕力哈提·米吉提(1961-),男(维吾尔族),教授,博士,硕士导师,主要从事激光物理、飞秒脉冲技术、非现性光学的研究和教学工作.激光系统中瞬时的放大截面与线性增益宽度为T(t)与Δk=2c/t f(t f为群体延迟的时间特性),饱和吸收体的损耗为V(t),则Landau-Ginzburg方程可以写成以下的形式:A(k,t)k=[g(t)-W t+2t2]A(k,t).(1)式中W表示飞秒脉冲在谐振腔内一次返回的时间延迟,g(t)表示总放大率,光强度的归一化是时间t f与饱和截面放大率的乘积. 如果用激活介质的饱和放大率与吸收体的吸收率来表示系统的总放大率,则时间弛豫特性的脉冲宽度缩微的表达式为:g(t)=T(t)-V(t)=T0ex p(-X)V0ex p(-e X).(2)式中T0和V0是激活介质的放大率和吸收体的损耗,它们与超短脉冲振荡的最大值有关.e是与激活介质增益有关地吸收体的吸收截面,其确定能够使用的饱和吸收体的激活介质,描述各种增益饱和以及能量场内主要参数损耗的增长.X=∫t0|A(k,t′)|2d t′的值与局部超短脉冲的能量成正比.总增益X的近似值的平方在方程式(2)的稳定解具有以下的形式A(t)=A0sec h(t/t p).(3) 激光系统中的振幅、脉冲宽度、飞秒脉冲的延缓时间在谐振腔周长内由以下各种参数决定:A20=2(T0-V0)e2V0-T0,　t p=1T0-V0,　W=2(e V0-T0)e2V0-T0.(4) 从式(4)可以看出,在最大脉冲振荡总增益条件下,对饱和损耗速率的优势,脉冲能量增加时解除的增益速率应为:T>T0/V0.(5) 这就是表面界限的增益条件.在物理意义上,它表明最大总增益与局部脉冲能量具备二次幂的近似值关系式(2).在这种关系下可以得出产生脉冲振荡的总的增益为正的可能性,且存在有限的能量间隙. 从图1可看出式(4)中的强度峰值与飞秒脉冲宽度.同样,在系统中,根据最大飞秒脉冲增益函数,泵浦能归一化为U p=e abs T cav I p.式中I p是泵浦强度,T cav是谐振腔的周期,e abs是激活介质的吸收截面.由自恰性增益激活介质四能级方程条件出发,考虑在谐振腔周期内的补偿增益,依靠孤立的飞秒脉冲与恢复增益,利用泵浦的作用,脱离飞秒脉冲的情况下可获得泵浦强度[8].在这种条件下可以得到 T0=T m[1-ex p(-U p)]x[1-ex p(-U p-E)]-1ex p(-E/2)(6)式中E=2t p A20为脉冲振荡的总能量,T m为在激活介质中最大增益的全部转化. 从图1可以看出,e增加而减少泵浦,从而可达到有效的饱和.式(4)可以表述为获得很短的脉冲宽度要依靠比较大的总增益为脉冲极限,这明显表明与饱和损耗和接触增益有关.我们还可以看出能量区间内总增益的变化起正面作用.连续飞秒脉冲振荡的情况下在谐振腔周图1　飞秒脉冲强度峰值与脉冲宽度曲线曲线1,2表示飞秒脉冲的强度;3,4表示光泵浦强度的归一化曲线;虚线表示飞秒脉冲的宽度,图中增益的最大值为e= 5(为曲线1,或3)和e=10(为曲线2,或4),其它曲线中V0=0. 001,T m=0.5.期内应补偿发光损耗,从这个角度出发,式(6)可以推导出自恰性条件的损耗公式为8新疆大学学报(自然科学版)2007年V =V 0[exp(e E +T cav /T b )-1]X [ex p(T cav /T b )-1]-1exp(-e E /2).(7)式中T b -表示饱和吸收体的弛豫时间.由式(7)可知,在e 与V 0一定的情况下,V 随弛豫时间的增加而增长.因此自恰性损耗而利用一切慢性吸收体,在振荡过程中输出的脉冲参数(3)与(4)的值应该比V 损耗的值要大.从而可以看出振荡的增长限度.当V 0=0.01,e =10,从T b =T cav 转换到T b =50T cav 时,初始损耗将增加到两倍,T b =100T cav 时损耗将增加到三倍.当饱和吸收体的弛豫时间达到极值时,脉冲参数(3),(4)比较稳定,同时受激光噪音影响的脉冲也比较稳定[10,11].2　饱和吸收体总载面与脉冲激光振荡稳定性的关系利用线性理论的稳定性,扰动方程的解(1)可写成以下的形式:A (k ,t )=A 0(t )+A ~(k ,t )A 0(t )是(3),(4)式的解,A ~(k ,t )=a (t )ex p(λk )表示扰动,λ为扰动的增量.忽略脉冲抑制的情况下从线性近似的扰动方程(1)中可得稳定性的薛定谔波动方程:-d 2d t 2+q (t)a (t )=a a (t ).(8)式中二次性局部能量近似值的总增益势能为:q (t )=(T 0-e V 0)A 20t p th (t /t p )-(T 0-e 2V 0)A 40t 2p th 2(t /t p )/2.(9)而“能量”a =T 0-V 0-λ.从(9)式中,可见原子之间分子相互作用势能的相似性[12]和局部总增益势能的物理含义(两者符号相反).在研究中,我们在解决稳定性问题的同时,也解决了本征函数的问题[12].上述能量方程的“临界”方程为a 0=T 0-V 0..由(3),(4)式可知,在λ<0时,在激光系统中产生稳定的脉冲振荡.为增加扰动,以(8)式代替x =22[1+ex p(2t /t p )]可以得到Уиттекера方程,该方程的解经过简并可表示为超几何函数1F 1a =x m +1/2ex p(-x /2)1F 1(-s ,2m +1,x ).(10)式中s =-m +l -1/2,m =(2T t 2p +1/4)1/2,l =2t p (T -2b )/c ,T =E 2(T 2V 0-T 0),b =E (e V 0-T 0),c =T -4b -8a . 图2描述由式(10)分析得出的系统参数范围T 0与T 的关系,T 是与(3),(4)式中描述的稳定脉冲的各种特征相对应的.图2中Ⅰ区为由(3),(4)式得出的超短脉冲存在的情况.它满足条件式(5).式(10)的解表明光谱具有不连续性,且在t →∞时它的值减小到0.当存在完整的正S 时,可用拉格朗日多项式表示出来[14].同时如果考虑极限是最基本的或是次要的情形,那么式(3),(4)所描述的脉冲是稳定的,即与图2所示的Ⅱ区一样.区域Ⅱ的上限与下限可用曲线来表示,它与下述的S (a )=0与c (a )=0(其中取一个根)条件有关.而区域Ⅲ的上限与左边曲线c (a 0)=0满足的另一个根.此时不连续光谱扰动非稳定的飞秒脉冲激励.连续光谱最低限度满足的条件为c (a 0)=0,为了改变条件,扰动a (t )的表达形式可用贝塞函数来描述.通过l 的最小值是当c (a )<图2　飞秒脉冲振荡的稳定区域分布图区域I 在飞秒脉冲表达公式(3)中不存在,区域Ⅱ是稳定区域,在区域Ⅲ中存在不稳定的不连续模激发状态,区域Ⅳ存在连续稳定的光谱激发状态.区域内部表示其它部分有关的电势q (t ),虚线标示的直线反映a 0的“临界”水平.时,随着产生的连续光谱渐近于振荡的本征函数. 如果临界方程所描述的情况呈现在连续光谱上,则表示连续区域(区域Ⅳ)内飞秒脉冲的不稳定性.9第1期帕力哈提·米吉提,等:饱和吸收体对飞秒脉冲固体激光锁模的影响减少飞秒脉冲增益的最大值,就意味着要改变增益饱和与损耗从而得到最平稳的脉冲.使势能曲率d 2q /d t 2减少,那么d q /d t =0,使其最低势能降到q (t )并满足上述的混合临界方程a 0(填补不连续光谱势能凹坑方程).受其影响,脉冲的基本能量将减少[12]并产生不连续不稳定模的激励(图2中区域Ⅲ). 当C =0时光谱对应的a 0处于连续脉冲振荡的最低状态,飞秒脉冲“尾巴”的出现和良好的总增益(参照图2左边区域Ⅳ)有关.由于饱和损耗占优势或飞秒脉冲波前产生“尾巴”(图2右边区域Ⅳ),在透明损失增大而增益占优势的情况下,可以观察到飞秒脉冲起伏的增益放大. 总之:在区间α0/γ0<σ<σmax 内可以得到稳定振荡的飞秒脉冲.吸收体的最大与最小吸收截面的影响能确定图2区域Ⅱ的界限.它们关系到有效锁模区域内产生的稳定飞秒脉冲.吸收截面的增加表明透明损耗和飞秒脉冲良好总增益的增加,从而能增加飞秒脉冲的扰动.从另一个方面讲,固定截面上增益的增加有可能使饱和增益“赶上”飞秒脉冲波前的透明损耗或减少飞秒脉冲波前的总增益,也就是拟制扰动的增加. 扰动式子(10)能够确定飞秒脉冲畸变式子(3),(4)的输出极限范围Ⅱ的最大有效截面,它关系到飞秒脉冲振荡延迟后周期性齿轮变换的下降或者调整“尾巴”长度在转换稳定光谱(飞秒脉冲的分化变异)(从Ⅲ区域过渡Ⅳ区域)或者波前的耦合滞后作用的飞秒脉冲连续光谱的形成(过渡Ⅳ区域的右边).脉冲的尾巴关系到飞秒脉冲的强稳定性,紧密联系着饱和吸收体的弛豫时间.从图3可以看出“窗口”宽度与良好的脉冲总增益t c 与为单位谐振腔的周期、从飞秒脉冲最大增益核算的弛豫缓慢激发的关系曲线. 此外我们假设,飞秒脉冲的参数由(4)式来确定,脉冲后的泵浦与增益的弛豫和饱和损耗有关.从图3中可以看出T 0的增加快速的拉紧飞秒脉冲的“尾巴”.为了飞秒脉冲实质宽度大于增益的0.015倍,与(4)式的增长相比、变成比50皮秒更短的弛豫时间被动光阑的1000T cav 数量级.这种情况下t c 比T b 弱一些,因为正确平衡的选配取决于增益与饱和损失,良好的总增益允许在脉冲后值的最小值,就这样没有显著性的弛豫、足够获得负总增益的脉冲.该事实正确的证明数据处理的实验结果符合于[13]的观念. 图3　飞秒脉冲正总增益“窗口”宽度与总增益的关系图4　位相锁模飞秒脉冲宽度与参数τ的关系曲线1与T b =T cav 相对应,而曲线2与T b =1000T cav 相对应,e = 4. 曲线1中e =0,曲线2中e =0.5,曲线3中e =10.3　饱和吸收体对飞秒脉冲固体激光锁模的影响我们感兴趣的是,具有缓慢饱和吸收体对固体激光的位相锁模影响过程中得到连续超短脉冲固体激光的研究.问题在于位相锁模有能力控制被动锁模上存在的非稳定性[14],其最小的次数关系到系统的快速饱和增益,在这种情况下快门的缓慢稳定到临界特性.唯一的平衡轮饱和损耗、增益、光谱的选择与位相锁模可能保障稳定性振荡极限宽度的短脉冲.我们可以把以上的内容结合起来用固体激光中存在的孤立子方法[6]处理.在激光系统中以位相锁模作为条件,方程(1)的右方增加位相锁模系数U ,在强场的归一化i |A (k ,t )|2A (k ,t )项,归一化呈现出局限能量前的数值与(2)项的因数f =e T t f /U .此时(1)项孤立的稳定解在谐振腔周期的孤立子表达式是:A (t )=A 0sec h 1+i J (t /t p )ex p(i k t ).(11)式中J -啁啾,k -激活介质增益中心频带中调谐频率.最后联系到相互作用的脉冲,其被啁啾位相锁模而10新疆大学学报(自然科学版)2007年定于在激活介质中的增益饱和伸长脉冲宽度的地位. 总而言之,正确的频率调整为:位相锁模意味着定位于低频率的成分,它位于脉冲前方,而高频率的成分位于脉冲后方.增益饱和减少T (t )的值实行飞秒脉冲的瞬时型条,低频率的成分会加强放大高频成分.这使获得斯托克斯移动脉冲频谱.另一方面这种移动把中心频带放大导致高频成分放大的占优势.这两种过程的平衡决定于频率的移动k . 脉冲的参数(11)决定于如下的啁啾与激光系统的参数 A 20=3k 2J ,t p =k J ,k =4-2J 2+9V J 2f 2-9V J 2e 2f 26f (1+J 2).(12) W =2J 3k 3, T 0=e V -2k 3f (1+1J 2),经过计算啁啾,满足下面的双二次方程: (4-36V f 2+36V e f 2-81V 2e 2f 4+162f 2e 3f 4-81V 2e 4f 4)J 4+ (8-36V f 2-72V e f 4+108V e 2f 2)J 2-32=0.(13)频率的位移与式(11)的脉冲宽度归一化到t f ,函数中被控制的参数f 指出了在图4中,在0<e <1范围内存在斯托克斯频率移动的孤立子制机和较大宽度的飞秒脉冲.该方程的解在一定的f 范围内存在. 当e →1时,会导致脉冲宽度增加及范围无局限扩张.这种状态能够说明前述的“第二次最低限度”大范围振动场的拍频机制[7].在e >1情况下运动状态性质决定孤立子特性,透明损耗的优势地位抵消增益,引导斯托克斯成分的出现(图4中的曲线3).同时飞秒脉冲宽度尖锐的被缩短渐渐变成5fs 的脉冲.这种机制对应于透明缓慢性光阑以及模式锁模与位相锁模的结合,而频率选择与增益饱和的平衡相对应. 特别值得关注的是理论上这种稳定性机制的研究是纯粹的孤立子机制无增益损失的非稳定性,使处于被动光阑状态的飞秒脉冲稳定性.为了确保稳定性,在连续光谱中e 与f 的各种数值明显的表现出电势特性q (t )(图5).是否存在非稳定的连续光谱的激发与是否具备确定的叶片有关,换算的电势在λ≤0的情况下为:q (t )-(T 0-V 0-λ). 计算指出了公式(12)、(13)的分支解斯托克斯移动的非稳定性,为了获得激活介质的增益速度和光阑透明的很小速度缺乏在飞秒脉冲背后的有效电势叶片,为了获得分支解,要求(12)、(13)式处在良好的频率移动上(图5a ).总之,飞秒脉冲的背后存在良好的增益总和的尾巴,这种情况有利于增加激光噪声与脉冲的不稳定性.e 的增加,在f 的局限范围上添补电势的深坑,又在飞秒脉冲稳定性的生成关系到连续光谱(图5b)e 的继续增加引导在混合稳定性区域上f 数值的减小,因此飞秒脉冲宽度增加(图5c).所以,在局限的范围存在着激光参数f ,U ,它结合在内部形成的飞秒脉冲机制中,由于缓慢性光阑与孤立子的作用,过程引导稳定的锁模.图5　电势q (t )与局限范围时间t ,和控制参数τ的依赖关系图a ,b,c 分别对应于σ=10,σ=20,σ=40.11第1期帕力哈提·米吉提,等:饱和吸收体对飞秒脉冲固体激光锁模的影响12新疆大学学报(自然科学版)2007年4　总　结总而言之,研究结果指出,固体激光器激活介质的增益饱和的均衡与缓慢的对比临时迂回曲线存在于谐振腔内,保证了飞秒脉冲在极限范围内能形成超短脉冲.位相锁模在系统里以能够锁模的混合机制为条件形成孤立子的混频中心频带增益,它的稳定性与噪声的连续光谱有关.参考文献:[1]Keller U,Knoh W H,Hoo ft G W.Ultr afast solid-sta te mode-locked la se rs using reso nant no nlinearities[J].IEEE JQuant Electr,1992,28:2123-2133.[2]КалашниковВЛ,КалошаВП,ПодойкаИГ.Синхронизациямоднепрерывныхтвордотельныхлазеровсмедленнымнасыщающимся[J].Оптикаспектроскопия,1996,81(5):867-872.[3]Falihati M ijiti,Kala shnikov V L,Po loy ko I G,et al.Ker r lens mode-locked o per atio n o f Yb:KYW laser[J].ChineseJ Laser s2002.B11(3):166-168.[4]КалашниковВЛ,КалошаВП,МихайловВП,et al.Синхронизациямодтвердотельныхлазеровнаосновеэффектасамафокусировки[J].КвантоваяЭлектроника.1995,22(11):1103-1106.[5]Demchuk M I,K ulesh ov N V,M ikhailov V P.Sa turable absor bers based o n impurity and defect centis in cry sta ls[J].IEEE J Q ua nt Electr,1994,30:2120-2126.[6]Kalash nikov V L,Kalosha V 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半导体可饱和吸收镜实现固体激光器皮秒锁模的机理研究

当腔内脉冲到达Ｓ其通过量子阱ＥＳＡＭ时，吸收层被布拉格反射镜反射回谐振腔，如图４所示。
图４腔内脉冲与ＳＥＳＡＭ相互作用示意图Ｆｉ．４ＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｉｎｃａｖｉｔａｎｄＳＥＳＡＭｕｌｓｅ－ｇｙｐ
图1染料可饱和吸收体的能级结构图fig1energylevelofdyesaturableabsorber图2中心吸收波长在1064nm的sesam结构fig2structureofsesam1064nm151付洁等半导体可饱和吸收镜实现固体激光器皮秒锁模的机理研究实验中一般使用反射式sesam其被放置在激光器的一端当作腔镜如图3所示
０引言
染料激光器和固体激光器可由饱和吸收体，：例如染料吸收体ＣｒＹＡＧ的参与实现被动锁模。对于染料锁模激光器，可以得到连续锁模，而对：于能级寿命较长的固体激光器，如ＮｄＹＡＧ和：ＮｄＹＬＦ不能实现连续的锁模。染料锁模激光器产生锁模的过程与固体激光器被动锁模相似。首先通过染料吸收体的非线性吸收和激光介质的放大作用，从涨落的噪声背景中选择出强涨落峰值，然后通过可饱和吸收体和激光介质饱和状态的联合作用，最终形成超短脉冲。不同之处在于，激光染料的上能级弛豫时间短（纳秒量级）从而
图１染料可饱和吸收体的能级结构图Ｆｉ．１Ｅｎｅｒｌｅｖｅｌｏｆｄｅｓａｔｕｒａｂｌｅａｂｓｏｒｂｅｒｇｇｙｙ

采用Cr4为可饱和吸收体的NdYAG调Q锁模Ξ

采用Cr4+:YAG为可饱和吸收体的Nd:YAG调Q锁模Ξ张志海　邢歧荣　王加贤1　柴　路2　张伟力　王清月(天津大学精密仪器与光电子工程学院,教育部光电信息技术科学重点实验室,天津300072)1(华桥大学应用物理系,泉州362011)3(天津大学理学院,天津300072) 摘要　在实验上,以C r4+:YA G为可饱和吸收体,对N d:YA G激光实现调Q锁模,得到平均脉宽为190 p s的脉冲序列。

利用被动锁模的涨落理论,分析了C r4+:YA G对N d:YA G激光调Q锁模的动力学过程及各种影响因素,同时讨论了N d:YA G的克尔透镜效应在调Q锁模过程中的作用,得到了与实验较为一致的结果。

关键词　C r4+:YA G;N d:YA G;饱和吸收;被动锁模;激光器Pa ssive M ode L ocked of a Nd:YAG La ser Usi ng Cr4+:YAG a s Sa turable Ab-sorberZhang Zh iha i　X i ng Qirong　W ang J i ax i an1　Cha iL u2Zhang W e il i　W ang Qi ngyue(Co llege of P recisi on In strum en t and Op toelectron ics Engineering,T ian jin U n iversity;Op toelectron icsInfo rm ati on Science and T echno logy L ab.T ian jin300072)1(D epartm en t of A pp lied Physics,H uaqiao U n iversity,Q uanzhou362011)2(Co llege of Science,T ian jin U n iversity,T ian jin300072)Abstract　Passive mode lock ing of a N d:YA G laer have been realized w ith a C r4+:YA G satu rab le ab2so rber and190p s pu lses are ob tained.A cco rding to th is resu lt,eh t dvelopm en t and critical facto rs ofpassive mode lock ing are analyzed by fluectuati on s theo ry.M eanw h ile,the acti on of kerr len s effects ofN d:YA G is discu ssed.A nd the resu lts basically agree w ith ou r experi m en t.Key words　C r4+:YA G;N d:YA G;satu rab le ab so rber;passive2mode2locked laser1　引言 C r4+:YA G是近年来引起人们极大兴趣的新型可饱和吸收材料,目前已广泛用于各类N d:YA G被动调Q激光器[1]。

采用不同可饱和吸收体的Nd:YAG激光器的锁模运转

采用不同可饱和吸收体的Nd：YAG激光器的锁模运转王加贤;张文珍
【期刊名称】《激光杂志》
【年(卷),期】2001(22)3
【摘要】本文报道采用五甲川染料、Cr4 +:YAG和LiF :F-2 分别作为可饱和吸收体实现闪光灯泵浦的Nd :YAG激光器的锁模运转 ,得到稳定的单脉冲序列。

着重分析了Cr4 +:YAG激发态吸收饱和导致的被动锁模以及在LiF :F-2 调Q下
Nd :YAG的自聚焦引起的锁模运转机制和锁模过程。

【总页数】3页(P1-3)
【关键词】可饱和吸收体;Nd:YAG激光器;锁模运转
【作者】王加贤;张文珍
【作者单位】华侨大学信息科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.13
【相关文献】
1.基于黑磷可饱和吸收体的Nd:YVO4锁模激光器的研究 [J], 王贝贝;高丛丛;王国菊;王文军;张丙元
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3.多模光纤作可饱和吸收体的锁模光纤激光器 [J], 洪瑶;张靓;纪海莹;孙梦茹;王天
枢
4.采用Cr^(4+):YAG为可饱和吸收体的Nd:YAG调Q锁模 [J], 张志海;邢歧荣;王加贤;柴路;张伟力;王清月
5.高损伤阈值可饱和吸收体锁模脉冲光纤激光器的研究进展 [J], 崔文文;邢笑伟;肖悦嘉;刘文军
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飞秒激光在可饱和吸收体中的动力学特性

飞秒激光在可饱和吸收体中的动力学特性
马依拉木.木斯得克;帕力哈提.米吉提
【期刊名称】《光学与光电技术》
【年(卷),期】2010(8)5
【摘要】从激光动力学的自洽理论出发,推导出适用于含有可饱和吸收体的激光系统动力学方程组,研究了激光振荡的稳定性与系统参数的依赖关系,包括激励强度参数、饱和系数和能级寿命,并讨论了满足激光振荡稳定性的条件下B类激光的弛豫振荡特性。

结果表明,增大激励强度与饱和系数有利于系统形成稳定的振荡输出,而且当激励强度超过一定阈值时,B类激光会产生弛豫振荡行为。

【总页数】4页(P53-56)
【关键词】激光物理;飞秒激光;动力学;可饱和吸收
【作者】马依拉木.木斯得克;帕力哈提.米吉提
【作者单位】新疆大学物理科学与技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN241
【相关文献】
1.飞秒激光在铝膜中驱动冲击波的特性 [J], 辛建婷;翁继东;刘仓理;钟杰;宋振飞;王贵兵
2.含时电离对飞秒脉冲激光在强双光子吸收介质中传播特性和光限幅行为的影响[J], 孙玉萍;刘纪彩;王传奎
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飞秒激光与固体材料相互作用机理与应用研究的开题报告

飞秒激光与固体材料相互作用机理与应用研究的开题报告摘要：飞秒激光作为一种新型的出色激光，由于它具有极短的脉冲宽度、高功率、高频率等优点，已成为物理、生物、化学和制造工艺等领域研究中的关键技术。

本次研究将探索飞秒激光与固体材料相互作用机制，并研究其在材料加工、纳米加工、光信息存储等领域的应用。

首先，本研究将介绍飞秒激光与固体材料相互作用机制。

通过调节飞秒激光的强度、波长等参数来控制相互作用的过程，分析其中的物理原理。

其次，本研究将探索飞秒激光在材料加工中的应用。

当飞秒激光在固体材料中作用时，会生成微观的物理过程，导致材料减少或增加，从而达到各种目的。

例如在晶圆加工中，飞秒激光可以快速切割、钻孔和离子注入等。

此外，在纳米加工中，飞秒激光还可以利用其特殊的聚焦特性来制造超精细纳米结构。

最后，本研究将探索飞秒激光在光信息存储方面的应用。

由于其高分辨率、高速度和无损数据读写的能力，飞秒激光被视为未来光存储技术的重要组成部分。

最终，本研究的目的是为了深入了解飞秒激光与固体材料相互作用机制，并探索其在材料加工、纳米加工、光信息存储等领域的应用前景，为相关领域的研究提供技术支持和引领。

关键词：飞秒激光，相互作用，材料加工，纳米加工，光信息存储Abstract:As a new type of excellent laser, femtosecond laser has become a key technology in the fields of physics, biology, chemistry and manufacturing due to its extremely short pulse width, high power, high frequency and other advantages. This study will explore the interaction mechanism between femtosecond laser and solid materials, and studyits applications in material processing, nanofabrication, optical information storage and other fields.Firstly, this study will introduce the interaction mechanism between femtosecond laser and solid materials. By adjusting the intensity, wavelength and other parameters of femtosecond laser to control theinteraction process, the physical principles are analyzed. Secondly, thisstudy will explore the application of femtosecond laser in materialprocessing. When femtosecond laser acts on solid materials, it will generate microscopic physical processes, leading to material reduction or increase, achieving various purposes. For example, in wafer processing, femtosecond laser can quickly cut, drill holes and ion implantation. In addition, in nanofabrication, femtosecond laser can also use its special focusing characteristics to manufacture ultra-fine nanostructures. Finally, this study will explore the application of femtosecond laser in optical information storage. Due to its high resolution, high speed and non-destructive data reading and writing ability, femtosecond laser is regarded as an important part of future optical storage technology.Finally, the purpose of this study is to deeply understand theinteraction mechanism between femtosecond laser and solid materials, and explore its application prospects in material processing, nanofabrication, optical information storage and other fields, providing technical support and leading for related research fields.Key words: femtosecond laser, interaction mechanism, material processing, nanofabrication, optical information storage.。