固体锁模激光器
固体激光器的工作原理
固体激光器的工作原理
固体激光器是一种利用固体材料作为工作介质的激光器，其工作原理主要包括激发态产生、增益介质放大、谐振腔构成和输出光束等几个方面。
首先，固体激光器的工作原理涉及到激发态的产生。
在固体激光器中，通常采用外部能源（如光、电、化学能等）来激发固体材料中的原子或分子，使其跃迁至激发态。
这个过程需要一定的能量输入，激发态的产生是固体激光器工作的第一步。
其次，固体激光器的工作原理还包括增益介质的放大。
在固体激光器中，激发态的原子或分子通过受激辐射的作用，向入射的光子传递能量，从而使光子的数目呈指数增长。
这一过程发生在增益介质中，增益介质通常是由稀土离子或色心等组成的晶体或玻璃材料。
另外，固体激光器的工作原理还涉及到谐振腔的构成。
谐振腔是固体激光器中的一个重要部件，它由两个反射镜构成，其中一个是部分透明的，用于输出光束。
谐振腔的作用是使激光在其中来回多次反射，从而增强激光的放大效应，最终形成输出光束。
最后，固体激光器的工作原理还包括输出光束的形成。
当激光在谐振腔中来回多次反射后，其中一部分光子会通过部分透明的反射镜逸出，形成输出光束。
这个输出光束通常具有一定的方向性和单色性，可以用于各种应用。
总的来说，固体激光器的工作原理是利用外部能源激发固体材料中的原子或分子，使其跃迁至激发态，然后通过增益介质的放大和谐振腔的构成，最终形成输出光束。
固体激光器在医疗、通信、材料加工等领域有着广泛的应用，对于推动科学技术的发展具有重要意义。
固体激光器原理
固体激光器原理引言固体激光器是一种基于固体材料的激光器，它利用固体材料中的激发态粒子在受激辐射的作用下发射出一束相干的激光。
固体激光器具有高效率、高能量、高稳定性等优点，广泛应用于材料加工、医学领域、科学研究等方面。
本文将介绍固体激光器的原理以及其工作过程。
原理固体激光器的工作原理基于受激辐射的过程。
当固体材料被外部能量激发时，其原子或分子的能级结构发生改变，使得一些电子被激发到高能级，形成激发态。
这些激发态的电子在适当的条件下会发生跃迁回到基态，并释放出激光光子。
这个过程称为受激辐射。
固体激光器的关键部分是激光介质。
激光介质通常由具有激发态和基态之间能级跃迁的活性离子组成。
这些活性离子可以是稀土离子（如Nd3+、Er3+）或过渡金属离子（如Cr3+、Ti3+）。
在激光介质中，这些离子被激发到激发态，然后通过受激辐射过程发射出激光光子。
为了实现受激辐射和激光放大，固体激光器通常采用光泵浦的方式来向激光介质提供能量。
光泵浦可以通过闪光灯、半导体激光器或其他激光器来实现。
光泵浦的作用是将能量传递给激光介质，从而激发其中的离子跃迁到激发态。
一旦离子处于激发态，它们就会在受激辐射的作用下发射出激光光子。
固体激光器中的激光光子在两个镜子之间被反射，形成一个光学腔。
这个光学腔通过选择性反射，使得激光光子在腔内多次来回反射，逐渐放大。
这个过程被称为光学放大。
最终，激光光子从一个镜子中逃逸，形成一束相干、高强度的激光束。
工作过程固体激光器的工作过程可以概括为以下几个步骤：1.光泵浦：通过光泵浦的方式向激光介质提供能量，将其中的离子激发到激发态。
2.受激辐射：激发态的离子通过受激辐射过程发射出激光光子。
3.光学放大：激光光子在光学腔中多次来回反射，逐渐放大。
4.激光输出：激光光子从一个镜子中逃逸，形成激光束输出。
固体激光器的工作过程需要维持适当的能量供应和光学腔的稳定性。
光泵浦的能量需要满足激发离子到激发态的能量需求，而光学腔的稳定性可以通过优化腔内的补偿装置和调节器件来实现。
固体激光器的工作原理
固体激光器的工作原理
固体激光器是一种利用固体材料作为工作物质的激光器，它通
过激发固体材料中的原子或离子，使其产生受激辐射而产生激光。
固体激光器的工作原理主要包括激发、增益、反射和输出四个过程。
首先，固体激光器的工作原理涉及到激发过程。
在固体激光器中，通常采用激发源（如闪光灯、半导体激光二极管等）照射固体
材料，激发固体材料中的原子或离子，使其跃迁至高能级。
这种激
发过程会导致固体材料中的原子或离子处于一个高能级的激发态。
其次，固体激光器的工作原理还涉及到增益过程。
在激发过程中，固体材料中的原子或离子处于高能级的激发态，这时如果有入
射光子与其相互作用，就会引发受激辐射，从而产生激光。
这种受
激辐射会引起原子或离子从高能级跃迁到低能级，释放出更多的光子，使激光光子数目急剧增加，形成所谓的增益。
然后，固体激光器的工作原理还包括反射过程。
在固体激光器中，通常会设置一个光学反射器，用来反射激光。
这种光学反射器
可以将激光反射回固体材料中，使其在其中来回反射，增强激光的
增益效果。
最后，固体激光器的工作原理还涉及到输出过程。
在固体激光器中，设置一个输出镜，用来从激光腔中输出激光。
这种输出镜通常只透过一部分激光，反射大部分激光，使得激光可以从固体激光器中输出。
总的来说，固体激光器的工作原理是通过激发固体材料中的原子或离子，使其产生受激辐射而产生激光。
固体激光器的工作原理涉及到激发、增益、反射和输出四个过程，这些过程共同作用，使得固体激光器能够产生高能、高亮度的激光，被广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域。
调Q锁模运转的全固态TmLuAG陶瓷激光器
第50卷第4期V〇1.50No.4红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年4月Apr.2021调Q锁模运转的全固态T m:L uA G陶瓷激光器陈晨1二3,许强i孙锐1A张亚妮康翠萍\张明霞2,袁振2,令维军2(1.宝鸡文理学院物理与光电技术学院，陕西宝鸡721016;2.天水师范学院激光技术研究所，甘肃天水741001;3.宝鸡市超快激光和新材料工程技术研究中心，陕西宝鸡721016;4.陕西科技大学文理学院，陕西西安710021)摘要：采用垂直生长法制备的氧化石墨浠（Grapheneoxide，GO)作为可饱和吸收体，利用典型“X”型折叠腔在全固态Tm:Lu3Al5012(Tm:LuAG)陶瓷激光器中实现了调Q锁模运转。
以790 nm激光二极 管（Laser diode,LD)作为泵浦源，当泵浦功率大于8 W时，激光器进入稳定的调Q锁模状态。
当输出 镜透过率为5%时，连续光最高输出功率为714 mW,斜效率为4.94%。
当泵浦达到16 W时，激光器最 大输出功率为200 mW,光谱中心波长为2024 nm,脉冲宽度约为695 ps,对应的锁模脉冲重复频率为 108.7 MHz,调Q包络中锁模脉冲的调制深度接近100%该2 pm超短脉冲激光器在生物医学和激光 通讯等领域具有非常重要的应用D关键词：Tm:LuAG陶瓷激光器；氧化石墨烯可饱和吸收体；调Q锁模；调制深度中图分类号：TN248.1 文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA20190563Q-switched mode-locked all-solid-state Tm:LuAG ceramic laserChen Chen1,2,3,Xu Qiang1-3*,Sun Rui1,2,Zhang Ya'ni14.Kang Cuiping1.Zhang Mingxia2,Yuan Zhen2,Ling W eijun2(1. Institute of Physics and Optoelectronics Technology, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721016, China;2. Institute of Laser Technology, Tianshui Nonna! University, Tianshui 741001, China;3. Baoji Engineering Technology Research Center on Ultrafast Laser and New Materials, Baoji 721016, China;4. School of Arts and Sciences, Shaanxi University of Science & Technology, Xi'an 710021, China)Abstract:Using graphene oxide (GO)by vertical growth m ethod as saturable absorber,an all-solid-state Q-switched m ode-locked Tm:L u3A15012 (Tm:LuAG)ceram ic laser with typical 'X'folded cavity was firstly dem onstrated.A790 n m laser diode(LD)was used as th e pum ping source.W hen th e pum ping power was greater th an8 W,th e laser en tered a stable Q-switched m ode-locked state.W hen th e ou tp u t m irror was5%, th e m axim um ou tp u t power of continuous light was714 mW,and th e oblique efficiency was4.94%. W hen th e pum ping power reached 16 W,th e m axim um ou tp u t power of th e laser was 200 mW,th e corresponding repetition frequency of m ode-locked pulse was 108.7 MHz,an d th e m odulation dep th of m ode locked pulse in Q-switched envelope was close to100%. The 2 ja m u ltrash ort pulsed laser h as im p ortan t applications in biom edicine and laser com m unication.收稿日期:2019-12-10;修订日期:2020-02-04基金项目:_家自然科学基金（11774257, 6丨564008, 11647008, 11504416);陕两省国际科技合作与交流计划项目（2021KW-39);宝鸡市重大科技专项计划项目（2015CXNL-1-3);天水市科技支撑计划自然科学基金项目（2018-FZ】HIC-3392);天水师范学院研究生创新引导项目（TYCX1901)第4期红外与激光工程第50卷Key words:Tm:LuAG ceram ic laser;graphene oxide saturable absorber;Q-switched m ode-locking;m odulation d ep th〇引言固体激光器的调Q锁模运转具有较高的峰值功 率和脉冲能量，已应用于生物医疗、材料微加工、表 面工程、太赫兹光学和激光雷达1121等重要领域。
固体激光器的工作原理
固体激光器的工作原理
固体激光器是一种利用固体材料作为工作介质产生激光的装置。
它的工作原理是通过激发固体材料中的原子或分子，使其处于激发态，然后在激发态和基态之间进行能级跃迁，产生激光输出。
固体
激光器通常由泵浦源、固体激发材料和谐振腔三部分组成。
首先，固体激光器的泵浦源通常采用激光二极管或者弧光灯等
高能量光源，用来提供能量以激发固体材料中的原子或分子。
这些
泵浦源产生的光能会被聚焦到固体激发材料上，激发材料吸收光能后，内部的原子或分子就会处于激发态。
其次，固体激光器的固体激发材料是产生激光的关键部分。
常
见的固体激发材料包括Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体、Nd:glass等。
这些材料在受到泵浦源激发后，内部的原子或分子会处于激发态，
形成激发粒子团。
最后，固体激光器的谐振腔是激光放大和输出的关键部分。
谐
振腔由两个反射镜构成，其中一个是部分透射的输出镜，另一个是
全反射的输入镜。
激发粒子团在谐振腔中来回多次反射，不断受到
激发和放射，最终形成激光输出。
综上所述，固体激光器的工作原理是通过泵浦源激发固体激发材料中的原子或分子，使其处于激发态，然后在谐振腔内进行能级跃迁，产生激光输出。
固体激光器具有结构简单、稳定性好、寿命长的特点，被广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域。
希望本文能够帮助大家更好地了解固体激光器的工作原理。
固体激光器的工作原理
固体激光器的工作原理固体激光器是一种利用固体材料作为工作物质产生激光的装置。
它通过激发固体材料中的原子或分子，使其处于激发态，然后在外部条件的作用下，使其发生跃迁并释放出光子，从而产生激光。
固体激光器广泛应用于医疗、通讯、材料加工等领域，具有输出功率高、波长范围广、光束质量好等优点。
下面将详细介绍固体激光器的工作原理。
首先，固体激光器的工作原理基于激光放大过程。
在固体激光器中，激光通过光学增益介质（固体材料）进行多次反射和透射，从而得到放大。
固体激光器中的激光增益介质通常是由稀土离子掺杂的晶体或玻璃材料构成。
当外部能量作用于激光增益介质时，激发介质中的稀土离子，使其处于激发态。
在外部条件的作用下，激发态的稀土离子发生跃迁并释放出光子，从而产生激光。
这些激光光子经过多次反射和透射后，得到放大，最终形成高功率、高亮度的激光输出。
其次，固体激光器的工作原理还涉及光学谐振腔。
光学谐振腔是固体激光器中的一个重要组成部分，它由两个反射镜构成，其中一个反射镜是部分透射的，用来输出激光。
在光学谐振腔中，激光在激光增益介质中来回传播，通过多次反射和透射，得到放大。
同时，光学谐振腔还能选择性地放大特定波长的光，形成单色激光输出。
最后，固体激光器的工作原理还涉及泵浦光源。
固体激光器的激光增益介质需要外部能量的输入才能实现激发和激光输出。
这种外部能量通常由泵浦光源提供，泵浦光源可以是激光二极管、氙灯、氦氖激光等。
泵浦光源的能量被吸收后，激发固体激光器中的稀土离子，从而实现激光的产生和输出。
综上所述，固体激光器的工作原理主要包括激光放大过程、光学谐振腔和泵浦光源。
通过这些过程，固体激光器能够产生高功率、高亮度的激光输出，具有广泛的应用前景。
固体激光器在医疗、通讯、材料加工等领域发挥着重要作用，为人类社会的发展做出了重要贡献。
固体激光器的原理与应用
固体激光器的原理与应用固体激光器是一种利用固态材料作为激光介质的激光器。
它通过在固体介质中注入能量，激发材料内部的激活态粒子的跃迁，产生特定波长和相干性很强的光束。
固态激光器具有高效率、高功率、高可靠性和较长的寿命等优点，被广泛应用于科学研究、医学、材料加工、光通信等领域。
固体激光器的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 产生激活态：固体激光器中使用的材料通常是由能级结构比较复杂的晶体或玻璃材料，例如Nd:YAG（钕：铝石榴石）晶体。
这些材料中的掺杂离子（如钕离子）被外部能量（例如光或电）激发，电子会从基态跃迁到较高能级的激活态。
2. 跃迁过程：激发态的离子会在非常短的时间内经历自发辐射跃迁，从能量较高的激发态回到能量较低的激活态，发出光子。
这个跃迁过程的能量差就对应着激光器的波长。
3. 反射：在材料两端镀有高反射镜和半反射镜，高反射镜可以使激光光束反射回材料，而半反射镜可以放出一部分激光光束。
4. 光增强：当激光光束通过激活态的材料时，会诱发更多的离子跃迁，产生更多的光子。
这个过程叫做光增强，光子数目可以指数级增加。
5. 输出激光：一部分光通过半反射镜射出，形成一束可见激光光束。
这个激光光束具有相干性好、方向性强、能量集中等特点。
固体激光器具有广泛的应用领域，以下是其中一些重要的应用：1. 科学研究：固体激光器在科学研究中扮演了重要的角色，例如用于光学测量、激光光谱学、光学材料研究等。
激光的高相干性和高功率使得这些应用成为可能。
2. 医学：固体激光器在医学领域有多种应用，例如激光医疗和激光手术。
激光可以用于治疗疾病、进行手术切割、癌症治疗等。
激光的高能量和精确性使得医生可以更好地进行操作。
3. 材料加工：固体激光器也被广泛应用于材料加工领域，例如激光切割、激光焊接、激光打标等。
激光的高能量密度可以使得材料瞬间加热，达到加工的目的，比传统加工方法更加精确和高效。
4. 光通信：固体激光器在光通信中扮演了重要的角色。
固体激光器研究特点和应用
固体激光器研究特点和应用固体激光器是一种利用固态材料作为激光介质的激光器。
与其他类型的激光器相比，固体激光器具有许多独特的特点和应用。
本文将重点介绍固体激光器的研究特点和应用。
一、研究特点1.高效能固体激光器具有高能量转换效率和高光束质量，这使得它们在很多应用中都具有重要的作用。
例如，在医学、工业和军事领域，固体激光器广泛用于切割、焊接、打孔、标记和测量等领域。
2.宽波长范围固体激光器可以产生多种波长的激光，包括可见光、红外线和紫外线等。
这使得它们可以用于许多不同的应用，例如医学成像、材料加工和光学通信等。
3.长寿命固体激光器的寿命通常比气体激光器和半导体激光器长得多。
这是由于固体激光器的稳定性更好，使用寿命更长。
因此，它们通常比其他类型的激光器更经济实用。
4.可调谐性固体激光器可以通过改变激光介质的性质来调节激光的波长和频率。
这使得它们可以用于多种应用，例如光学通信、光谱分析和材料加工等。
5.高功率输出固体激光器可以产生高功率的激光，这使得它们在需要大量能量的应用中非常有用。
例如，在工业领域，固体激光器通常用于切割和焊接等高功率应用。
二、应用1.医学固体激光器在医学领域有广泛的应用。
例如，它们可以用于眼科手术、皮肤治疗和牙齿美容等。
固体激光器的高功率输出和可调谐性使其成为一种理想的医疗工具。
2.工业固体激光器在工业领域中也有广泛的应用。
例如，它们可以用于金属加工、电子制造和汽车制造等。
固体激光器的高效能和高功率输出使其成为一种理想的工业工具。
3.军事固体激光器在军事领域中也有广泛的应用。
例如，它们可以用于导航、通信和武器系统等。
固体激光器的高功率输出和可调谐性使其成为一种理想的军事工具。
4.科学研究固体激光器在科学研究领域中也有广泛的应用。
例如，它们可以用于光学光谱学、量子光学和材料科学等。
固体激光器的高可调谐性和高功率输出使其成为一种理想的科研工具。
固体激光器具有高效能、宽波长范围、长寿命、可调谐性和高功率输出等独特的特点和应用。
固体激光器原理及应用
固体激光器原理及应用固体激光器是利用固体激光介质从激光管出射激光，其工作原理是通过在固体激光介质内注入能量激发原子或分子，使其处于激发态，当原子或分子从激发态跃迁至基态时，会放出激光辐射。
固体激光器具有输出功率高、波长选择范围广、重复频率高等优点，被广泛应用于材料加工、医学美容、通信、军事等领域。
固体激光器的工作原理如下：首先，通过外部能源（例如光或电）将能量输入到固体激光介质中，使其处于激发态。
当原子或分子处于激发态时，会发生跃迁，从而放出激光辐射。
这些激光光子在激光放大器中被不断放大，最终形成高功率的激光束。
通过激光输出装置，我们可以获得所需波长、功率和脉冲宽度的激光。
1.材料加工：固体激光器在材料加工领域有着重要的应用，可以用于切割、打孔、焊接、表面处理等工艺。
由于固体激光器输出功率高，能够在短时间内对材料进行高效加工，因此在工业生产中得到广泛应用。
2.医学美容：固体激光器在医学领域被用于皮肤治疗、脱毛、祛斑等美容项目。
激光束的高能量可以穿透皮肤表层，作用于深层组织，实现精确治疗效果。
3.通信：固体激光器在通信领域被用于光纤通信系统中，可以实现对光信号的发射、放大和调制，提高通信传输速率和距离。
4.军事：固体激光器在军事领域有着重要的应用，可以用于激光制导武器、激光测距、激光通信等领域，提高军事作战和侦察能力。
除了以上几个领域外，固体激光器还可以应用于科研、环境监测、光学仪器等领域，具有广泛的潜在应用价值。
在固体激光器的应用过程中，需要注意以下几点：1.固体激光器的稳定性：要保证固体激光器的光束输出稳定，功率均匀，波长一致，以满足各种应用的需求。
2.加强对固体激光器的保养和维护：固体激光器在长时间使用过程中会产生磨损或老化，需要定期维护，替换损坏部件，以延长使用寿命。
3.安全防护：固体激光器产生的高能量激光束对眼睛和皮肤有较强的危害性，使用时要做好防护工作，避免人员受伤。
总的来说，固体激光器在现代科技发展中扮演着重要的角色，其高功率、高功率密度和波长选择范围广等优点，使其在各个领域都有着广泛的应用前景。
全固态被动锁模皮秒激光器[发明专利]
![全固态被动锁模皮秒激光器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d38872fa6edb6f1afe001fa7.png)
专利名称：全固态被动锁模皮秒激光器
专利类型：发明专利
发明人：余锦,张雪,刘洋,樊仲维,赵天卓,葛文琦,麻云凤,聂树真,黄科,李晗
申请号：CN201210253497.9
申请日：20120720
公开号：CN102832534A
公开日：
20121219
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种全固态被动锁模皮秒激光器，包括：半导体泵浦源；耦合系统；激光晶体；平凹镜；第一反射装置；第二反射装置；输出镜；锁模元件，其中所述平凹镜的凹面朝向第一反射装置和第二反射装置放置，第一反射装置和第二反射装置相对于平凹镜的轴线对称放置，通过谐振腔的设计降低重频，结构简单紧凑。
申请人：中国科学院光电研究院
地址：100094 北京市海淀区邓庄南路9号
国籍：CN
代理机构：北京泛华伟业知识产权代理有限公司
代理人：王勇
更多信息请下载全文后查看。
自锁模固体激光器自启动理论研究的开题报告
自锁模固体激光器自启动理论研究的开题报告一、研究背景及意义固体激光器是目前激光加工和科学研究领域中广泛应用的激光器种类之一。
其具有高功率、高效率、高重复频率等优点，被广泛应用于材料加工、医疗、通信、军事等领域。
其中自锁模固体激光器以其具有窄带宽、高功率、高稳定性等优点，成为目前固体激光器应用的热点之一。
然而，固体激光器在实际应用中，其自启动是一个重要的问题。
自启动是指在没有外部调谐装置（如波长选择器）的情况下，激光器自行调谐产生激射脉冲。
而自锁模固体激光器自启动的理论研究和实际应用却相对较少。
因此，开展自锁模固体激光器自启动理论研究，对于推动固体激光器在实际应用中的发展具有重要意义。
二、研究内容本研究拟对自锁模固体激光器自启动进行理论研究，具体内容包括以下几个方面：1.自锁模固体激光器原理分析通过分析自锁模固体激光器的结构和工作原理，了解其自启动的来源以及自锁模现象的形成机制。
2.数学模型建立建立自锁模固体激光器自启动的数学模型，并进行数学分析。
3.理论仿真基于所建立的数学模型，通过理论仿真，研究自锁模固体激光器自启动的特性，并研究相关参数对其影响规律。
4.实验验证在上述理论研究的基础上，进一步开展实验验证，对所得到的理论结果进行验证和分析。
三、研究方法本研究将采用数学建模和理论仿真相结合的方法，具体包括以下几个步骤：1.通过理论分析，基于本领域已有的研究成果，建立自锁模固体激光器自启动的数学模型。
2.在建立的数学模型基础上，采用 Matlab 等计算机软件，进行数值模拟和理论仿真，分析自锁模固体激光器自启动的特性和参数对其影响的规律，并得出结论和推理。
3.根据理论分析及理论仿真结果，设计并开展实验验证，进一步验证理论结果。
四、预期成果本研究预期取得如下成果：1.建立自锁模固体激光器自启动的数学模型。
2.通过理论仿真研究自锁模固体激光器自启动的特性、影响因素和规律，并得出结论和推理。
3.在理论研究的基础上，设计并开展实验验证，进一步验证理论结果。
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四、被动锁模原理
在激光谐振腔中插入可饱和吸收体（半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、硫化钨、黑磷）来调
节腔内的损耗．当满足锁模条件时，就可获得一系列的锁模脉冲。根据锁模形成过程的机理和特 点，被动锁模分为固体激光器的被动锁模和染料激光器的被动锁模两种类型。
1. 工作原理
由于吸收体的可饱和吸收系数随光强的增加而下降，所以高增益激光器所产生的高强度 激光能使吸收体吸收饱和。图示出了激光通过吸收体的透过率T随激光强度 I 的变化情况。 强信号的透过率较弱信号的为大，只有小部分为吸收体所吸收。强、弱信号大致以吸收体的 饱和光强 Is来划分。大于Is的光信号为强信号，否则为弱信号。
v3
v1
技术”。
3 E02 /2
0
time
未 锁相 前的 三个 光 波 的 叠加
二、实现锁模的方 法
三. 声光驻波场振幅调制主动锁模
1.时域分析
设在t1时刻通过调制器的光信 号受到的损耗为 t ，在经过 2L/c时间往返一周后，这部分 光信号受到的损耗为 t1 2 L / c ， 如果 t 的周期 Tm 2 L / c ，则这 部分信号每往返一次受到相同 的损耗。则有：
固体锁模激光器
锁模原理 实现锁模的方法 主动锁模 被动锁模
锁模：调Q技术得到的脉宽有所极限，为了得到更窄的脉冲在 光纤通讯、医学、激光精细微加工、高密度信息存储和记录及 非线性光学等领域的应用，从而诞生锁模技术。
激光器的分类方法有很多种,一般按照产生激光的工作物质不 同分类,或者按照工作方式分类。用激光二极管(LD)泵浦固体工 作物质的激光器(简称DPSSL)就是所谓的全固态激光器。
q N
N
Eq ei[(0 q ) t 0 q ]
1. 各纵模初相位彼此无确定关系，完全独立、随机的。 2. 频谱。由于存在频率牵引和推斥作用，各相邻纵模之间频率 间隔并不严格相等。各纵模不相干。 3. 输出光强。输出光强由于各纵模之间非相干叠加而呈现随机 的无规则起伏。
1.锁模的概念 使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很 高的超短脉冲。
q q 1
c
L
'
其中，第q个模式的电场强度为：
Eq (t) E0e
i[(0 q)t 0 q ]
激光器输出的总光场是（2N+1）个纵模相干叠加的结果：
E (t)
三大特点：
1 sin (2 N 1)( t ) 2 E0 cos(0 t) 1 sin ( t ) 2
1
I 0 的信号受到的增益小于 I 0 的信号，I 0 的信号的 光强越来越强，最终腔内只留下 I 0 信号来回振荡， 形成极窄脉宽的锁模脉冲。
10
声光驻波场振幅调制主动锁模
超声波的驱动频率为 f s ，超声 驻波形成的折射率光栅的变化 频率为 2 f s ，用频率为 f s 驱动 的超声驻波场可以对调制光电 场造成 2 f 的调制效果。腔内 在非超声场消失时刻形成的光 波都被声光调制器所衍射，其 损耗大于增益，不能形成振荡。 只有一个满足锁模条件的光脉 冲在腔内往返一周输出。
未 锁相 前的 三个 光 波 的 叠加 未锁相前三个光波的叠加
E(t)
但若设法使
1 = 2 = 3 =0时，有 E1 = E0cos(2πν1 t) E2 = E0cos(4πν1 t) E3 = E0cos(6πν1 t) 当 t=0 时, E = 3E0, E2 = 9E02;
v3=3v1,
锁模激光脉冲宽度可达10-12~10-15s,相应的具有很高的峰值功 率。
一.锁模原理
每个纵模输出的电场分量用下式表示：
Eq (z, t) Eq e
z i[q (t )q ] v
为了运算方便，令激光器的所有振荡模式具有相同 的振幅 E0 设振荡的纵模数为（2N+1）个，处于增益曲线中 心的模为 q = 0,角频率为 0 ,初相位为 0 ，以中 心模作为参考各个模式的相位差为 ，模的频率 间隔为
叠加的结果是： E = E1 + E 2 + E3 = 0; 当t=2/(3ν1 )时，E = 0；t = 1/ν1时，E = 3E0 …… 。
E3 = E0cos(2π) = E0 , 三波
这样就会出现一系列周期性的脉冲。 当各光波振幅同时达到最大值处时，由于“相长性”的
干涉作用，就周期性地出现了极大值（ I = E2 = 9E02 ）。当然, 对于谐振腔内存在多个纵模的 情况，同样有类似的结果。
断被削陡，而尖峰部分能有效地通过，则
使脉冲变窄。
在被动锁模激光器中，由不规则的脉冲演变到锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段， 如下图所示。其过程的实质是最强的脉冲得到有选择的加强，背景脉冲逐渐地被抑制，三个
阶段可简述如下。
可饱和染料锁模物理过程
(1)线性放大阶段
起初自发辐射荧光产生，当超过激光阈值 时，初始的激光脉冲具有荧光带宽的光谱含量，
E(t) E0 0 -E0 I(t) 9E0
2
v3=3v1,
1 2 3 v3 v2 v1
v2=2v1， 初 位 相 相 同 (0)
如果采用适当的措施使这些各自独
立的纵模在时间上同步，即把它们的 相位相互联系起来，使之有一确定的
9E0
2
ห้องสมุดไป่ตู้
关系(q+1 - q =常数)，那么就会出
现一种与上述情况有质的区别而有趣 的现象；激光器输出的将是脉宽极窄、
1 2 3 v3 v2 v1
2
v2=2v1， 初 位 相 相 同 (0)
E0 0 -E0 I(t) 9E0
9E0
2
0
1/(3v1)
2/(3v1)
1/v1
t
三个 光 波 的相 位 锁定
当t = 1/(3ν1)时, E1 = E0cos(2π/3) = -E0/2， E2 = E0cos(4π/3) = -E0/2,
可饱和染料锁模物理过程
(3)非线性放大阶段
工作物质的放大进入非线性阶段。其结果使前后沿变陡，脉冲变窄，小脉冲几乎被完
全抑制，最后输出一个高强度窄脉宽的脉冲序列。此阶段使脉冲压缩，频谱增宽。
初 相 位 无规 律
-E0
I(t)
v2
v3
v1
若相位未锁定，则此三个不同频率的光波 的初位相 1 、 2 、 3 彼此无关，如左图， 由于破坏性的干涉叠加，所形成的光波并 没有一个地方有很突出的加强。输出的光 强只在平均光强3 E02 /2级基础上有一个小 的起伏扰动。
3 E02 /2
0
time
并且具有随机相位关系的激光纵模之间的干涉，
因而导致光强度的起伏，脉冲总量很大。在一 个周期2L/c时间内，光脉冲通过吸收体和激光介 质各一次，在吸收体中，对强脉冲吸收得少而 对弱脉冲吸收得多。在激光介质中，产生线性 放大，其结果就发生自然选模作用。
(2)非线性吸收阶段。
该阶段的主要特点是强脉冲使 吸收体吸收饱和，“漂白”了吸收 体，从而使脉冲强度得到很快的增 长，而大量的弱脉冲受到吸收体的 吸收而被抑制掉，使发射脉冲变窄 ，谱线增宽。
在没有发生锁模以前，假设腔内光子的分布基本上是均匀的，但还有一些起伏。由于染料具有可饱 和吸收的特性，弱的信号透过率小，受到的损耗大，而强的信号则透过率大，损耗小，且其损耗可
通过工作物质的放大得到补偿。所以光脉冲每经过染料和工作物质一次。其强弱信号的强度相对值
就改变一次，在腔内多次循环后，极大值 与极小值之差会越来越大。脉冲的前沿不
0 1/(3v1) 2/(3v1) 1/v1 t
峰值功率很高的光脉冲，这就是说， 该激光器各模的相位己按照q+1 - q =常数的关系被锁定，这种激光器叫做 锁模激光器，相应的技术称为“锁模
三个 光 波 的相 位 锁定
E(t)
E0
v3=3v1,
v2=2v1，
初 相 位 无 规律
-E0
I(t)
v2
2.锁模脉冲的特征 先看三个不同频率光波的叠加：Ei = E0cos(2πνi t+ i ) i=1, 2, 3，设三个振动频率分别为ν1 、 ν2 、 ν3 的三个光波沿同一方向传播，且有关系式：ν3=3ν1， ν2= 2ν1 , E1 = E 2 =E3 = E0
E(t)
E0
v3=3v1,
v2=2v1，