被动锁模原理
激光被动锁模技术的原理及应用
激光被动锁模技术的原理及应用简介激光锁模技术是一种通过调整光源和谐振腔的特性来实现锁定光波的模式的技术。
激光被动锁模技术是在被动元件的作用下实现激光锁模的一种技术。
本文将介绍激光被动锁模技术的原理及其在激光器、光通信和光谱分析等领域的应用。
激光被动锁模技术的原理激光被动锁模技术的原理基于被动元件对激光光波的调制和过滤作用。
主要包括以下几个方面：1.调制：激光光源产生的光波经过被动元件的调制，改变其频率、相位等特性。
常用的被动元件包括光纤、薄膜滤波器等。
2.过滤：被动元件对激光光波进行频率选择性过滤，将其锁定在特定的模式上。
通过选择合适的滤波器参数，可以实现特定波长的锁模。
3.反馈：被动元件对锁定的光波提供反馈，使其保持稳定的模式。
这种反馈机制可以通过调整被动元件的参数来实现。
激光被动锁模技术的应用1. 激光器激光被动锁模技术可以应用于激光器的波长选择和模式控制上。
•波长选择：利用被动元件的频率选择性过滤作用，可以实现激光器在特定波长范围内的选择性发射。
这对于光通信、光谱分析等领域具有重要意义。
•模式控制：被动元件可以锁定激光器的输出模式，使其保持稳定的单模态输出。
这在一些精密测量、光学仪器等领域中非常有用。
2. 光通信激光被动锁模技术在光通信中的应用也非常广泛。
•波长分割多路复用：通过锁定激光器的特定波长模式，可以实现波分复用技术，将多个信号同时传输在同一光纤上，提高光纤的利用率。
•光路限制：激光器在特定波长模式下传输光信号，可以减少光子的传输丢失，提高光信号的传输距离和质量。
3. 光谱分析激光被动锁模技术在光谱分析领域也有重要应用。
•高分辨率谱分析：被动元件可以锁定光源的单模态输出，使得光谱分析具有高分辨率和高稳定性，提高分析的准确性。
•光子计数：通过锁定光波的模式，可以实现对光子的精确计数，为光谱分析提供精确的数据。
总结激光被动锁模技术通过被动元件的调制、过滤和反馈作用，实现对激光光波的锁定和稳定输出。
固体锁模激光器
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。
利用NALM结构的被动锁模掺铒光纤激光器的研究
利用NALM结构的被动锁模掺铒光纤激光器的研究况庆强;桑明煌;聂义友;张祖兴;付贵阳【摘要】为了研究光纤中的非线性效应对锁模脉冲的影响,采用非线性放大环镜来实现被动锁模,在分析非线性放大环镜传输特性理论的基础上,对被动锁模掺铒光纤激光器进行了相关的实验研究.实验中观察到了重复频率为280.2MHz、中心波长是1556.235nm、线宽是0.4nm的稳定的锁模脉冲现象.研究结果对更深入地了解被动锁模产生现象、进一步开展后续研究具有极其重要的意义.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2008(032)006【总页数】4页(P631-634)【关键词】激光技术;被动锁模;非线性放大环镜;锁模脉冲【作者】况庆强;桑明煌;聂义友;张祖兴;付贵阳【作者单位】江西师范大学,物理与通信电子学院,南昌,330022;江西师范大学,物理与通信电子学院,南昌,330022;江西师范大学,物理与通信电子学院,南昌,330022;江西师范大学,物理与通信电子学院,南昌,330022;江西师范大学,物理与通信电子学院,南昌,330022【正文语种】中文【中图分类】TN242引言在光纤通信系统中，超短光脉冲光源性能的优劣直接影响着系统传输质量的好坏与容量的大小。
掺铒光纤激光器具有工作阈值低、输出脉宽窄、峰值功率高、脉冲质量好、与传输光纤可高效耦合实现全光通信等优点，在众多有潜力的光源中倍受研究人员的重视，迄今为止已经有了许多的研究方案。
主动的谐波锁模技术是光纤激光器里产生高重复频率短脉冲的一个非常有效的方法[1-4]，主动锁模光纤激光器因具有输出脉冲啁啾小、可调谐范围大、重复频率高等优点，被认为是一种极其重要的超短脉冲光源[5-6]。
这种短脉冲产生机制对未来的超高速光通信有很重要的意义。
主动锁模光纤激光器输出谐波脉冲的重复频率等于调制器的调制频率，因而在实际上会受到调制器的最大调制频率的影响，不能达到一个很大的脉冲重复频率。
锁模原理
2、振幅(损耗)调制锁模：声光锁模 (1)概念
使用声光调制器调制谐振腔损耗，当电调制频率 为f=c/4L时,损耗调制频率为f=c/2L，可获重复 频率也为f的激光脉冲系列
(2)装置 激光
输出镜
激光介质 声光器件 全反镜
P0
1 2
STI
0
1 2
1
0.01150
0.75w
P q P0 10 0.75 7.5w
③ Pm=N2P0=1000.75=75w
T
2L c
2 1.5 3108
108 s
T 108 109s N 10
或
1
T
1 950 106
1.05109 s
§2 锁模激光器
一、主动式锁模
1、定义
T 2 2L 2L c c
3、脉宽(光脉冲持续时间的一半)
证
a2
a1
2
N
2 T
N N
T 1 N T
另有
N T q
T 1
q
1 q 1 q T T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
123456789
(N=4)
例1 He-Ne激光器的谐振腔长L=1.5m, 截面积S=1 mm2,输出镜透过率为T＝0.01, 激活介质的多普勒 线宽为＝950MHz, 饱和参数为Is=50 w/mm2,现将此 激光器激活，激发参数=2,求:①满足起振条件的 模式数②总输出功率(无模式竞争,各模式输出功
eina[1 eia(2n1) ]
e
i
a 2
锁模
主动锁模与被动锁模的比较
2.相同点 调制器和燃料盒都紧靠全反镜。 主动锁模和被动锁模都具有标准具效应。 经过调制器和燃料盒后各纵模之间相
1、不同点 主动锁模使用调制器对光波的振幅和相位 进行调制；被动锁模是自身辐射和燃料盒 进行周期性调制。 主动锁模运用电光和声光效应进行锁模； 被动锁模运用燃料的可饱和吸收效应进行 锁模。 主动锁模和被动锁模的物理过程不同。 被动锁模比主动锁模更容易失谐。
被动锁模
非线性吸收阶段 特点： 强脉冲使染料饱和，弱脉冲不能使染料 饱和－实现非线性吸收。
结果：实现相位固定
被动锁模
非线性放大阶段（主要压缩脉宽阶段） 特点： 染料饱和，增益饱和－非线性放大
结果： 对于激活介质来说，介质增益饱和，强脉 冲通过放大介质时，前沿中心部位放大的多， 脉冲后沿可能放大的少，经过几次放大过程－ 前后沿变陡－脉冲变窄。弱脉冲进一步受到抑 制，最后腔中剩下一个脉冲振荡。
主动锁模与被动锁模
主动锁模 被动锁模
主要内容
主动锁模与被动锁模的比较
一、主动锁模
1、主动锁模是在自由运转的激光器中加入调 制器，调制光波的振幅和相位进行锁模。
主动锁模结构示意图
主动锁模
2、调制器的作用 调制光波，产生边频 3、根据调制方法可分为两类： 振幅调制 相位调制
二、被动锁模
1、在激光器中放一个装有机燃料的燃料盒， 依靠有机燃料的饱和吸收过程对光波进行 锁模。
被动锁模
2、物理过程： 线性放大阶段 非线性吸收阶段 非线性放大阶段
被动锁模
线性放大阶段
特点：初始阶段，有机染料未饱和－非线性 吸收光波场－自发辐射的荧光－G> 时，产 生激光，在激光介质中线性放大-增益未饱和。
被动锁模光纤激光器多孤子脉冲形成机理
子 脉 冲 的形 成 和演 化 规 律 。研 究 结 果 表 明 ： 随 着小 信 号 增 益 不 断 增加 ， 光 纤 激 光 器 的锁 模 透 过 率 函数 影 响 多 脉
冲输出 ， 多 脉 冲产 生 受 色 散 波 和 脉 冲 分 裂 形 成 的 峰 值 功 率 的 限 制 效 应 和 孤 子 能 量 量 子 化 的 影 响 ， 这 是 增 益 竞 争
rtnr等理论研究了多孤子是由脉冲分裂引起的他们发现一个脉冲可通过增加泵浦功率形成单个孤子脉冲它将被进一步压缩直到有效增益带宽增加了额外的损失最终它分解成多个比以前脉宽宽的多脉冲lrr等使用耦合金兹堡朗道方程考虑了腔内带通滤波效应从理论上解释了在钛宝石激光器中多脉冲现象10komrovy也从理论上模拟了在光纤激光器中多个孤子的形成和泵浦迟滞11近年来tna等人已经从理论和实验上研究了多孤子的产生和孤子能量量子化12
韩国华 ， 洪新华
（ １ ．太 原 理 工 大学 物 理 与 光 电 工 程学 院 ，太 原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ２ ．河 南科 技 学 院 信 息 工 程 学 院 ，河 南 新 乡 ４ ５ ３ ０ ０ ３ ）
摘
要 ： 基于非线性耦合薛定谔方程 ， 在 非 线 性 偏 振 技 术 锁 模 的 掺铒 环 形 光 纤 激 光 器 中 ， 理 论 研 究 多 孤
转， 最 后在 Ｐ Ｄ Ｉ 处 产 生相 干 叠 加效 应 ， 这 使得 腔 内产 生 白幅 度 调
制 形成 可饱 和吸 收体 。第 二个 光 纤偏 振 控 制 器 （ Ｐ Ｃ ） 主要 用 于 调
整 经历 不 同的 非线性 相 移并 干涉 后光 脉 冲 的偏振 方 向 ， 以使 光 脉
演 化规律 。
１ 数 值 模拟
锁模现象
从形成过程看，被动锁模是由很多脉冲相互竞争的结果。 脉冲的出现是随机的，造成每一次输出不同。受染料的浓 度，泵浦光源，谐振腔的结构，调整误差影响。
LD
T02 2
• 自锁模脉冲的压缩
▫ 产生负群速度色散的方法 有衍射光栅等多种,目前 最广泛应用的是在激光腔 内插入两块高色散的棱镜
d 2P d2
4l
d 2n d2
2n
1 n3
dn d
2
sin
2
dn d
2
cos
d 2 3 d 2 P d 2 2c2 d2
d 3P
d 3n 4l(
ⅱ）从时间域看，脉冲的宽度变窄，对脉冲的前后沿有压缩，当驰豫时间即
ⅲ）染从料频的谱上能加级宽频b ≤谱脉－宽脉时冲，经脉过冲染的料前，后激沿光吸介收质也时不，同可。以激发更多的边频
耦合了更多的模式，这时腔内的损耗具有周期形 。
（三）非线性放大阶段（主要压缩脉宽阶段） 特点：染料饱和 工作物质，增益饱和－非线性放大
( z, t )
z
32 2
32n3 A(z, t)
n3 t
14 IP n1
32n3I (z,t),
n1 n3 n
I p z
14n1I p ,
I (4,t) I (0,t h)
I (0,t) h I (0,t) h2 2 I (0,t) I (0,t)G(t) 4 [I (0,t)G(t)]
激光技术调Q与锁模
激光振荡的建立条件是增益G大于损耗
G = i + m+ d
○ 其中i为激光在腔内传输由于散射、吸收产
生的损耗, m为反射镜产生的损耗； d为谐 振腔中由衍射产生的损耗。
选择横模的两个原则
○ 必须尽量增大高阶模与基模的衍射损耗比 ○ 尽量减少腔内其他损耗i和镜面损耗m, 从而
输出光束发散角和光强分布为主要目的的横 模选择技术，以及以获得窄线宽为主要目的 纵模选择技术。
3
横模选择及其意义
激光器的横模决定了输出光束的光强分布和发散角 从工业的钻孔、焊接到光通信，从激光医疗到激光 测距，横模输出的选择都非常重要
TEM00 TEM10
TEM20
TEM11
4
横模选择技术
相对增大衍射损耗d在总损耗中的比例
5
1）光阑法选横模
在激光谐振腔内插入小孔光阑相当于减小腔镜尺寸，增 加了衍射损耗。适当控制光阑尺寸，使腔内只有基模能 够振荡。
小孔光阑方法最简单易行，且有效。但同时须考虑模体 积问题。
腔镜1
小孔光栏
腔镜2
6
小孔光阑选横模腔型举例
7
2）介稳腔和非稳腔选模
增益
损耗
实际振荡的纵模
10
纵模选择技术
短腔法选纵模 F-P标准具法
色散腔法粗选波长
行波腔选纵模
11
短腔法选纵模
短腔法选纵模 F-P标准具法 色散腔法粗选波长 行波腔选纵模
谐振腔模间隔=c/2L 如果设计腔长L使模间 隔 >= 增益曲线宽度, 即： >= g 则可以实现单纵模工作
克尔透镜锁模的原理及应用
克尔透镜锁模原理及应用杨兴摘要：产生激光超短脉冲的技术常称为锁模技术（mode locking)。
这是因为一台自由运转的激光器中往往会有很多个不同模式或频率的激光脉冲同时存在，而只有在这些激光模式相互间的相位锁定时，才能产生激光超短脉冲或称锁模脉冲。
实现锁模的方法有很多种，但一般可以分成两大类：即主动锁模和被动锁模。
主动锁模指的是通过由外部向激光器提供调制信号的途径来周期性地改变激光器的增益或损耗从而达到锁模目的；而被动锁模则是利用材料的非线性吸收或非线性相变的特性来产生激光超短脉冲。
科尔透镜锁(KLM)模实际上是利用了材料的折射率随光强变化的特性使得激光器运转中的尖峰脉冲得到的增益高出连续的背景激光增益，从而最终实现短脉冲输出。
关键字：被动锁模 KLM 飞秒技术一台激光器实现锁模运转后，在通常情况下，只有一个激光脉冲在腔内来回传输，该脉冲每到达激光器的输出镜时，就有一部分光通过输出镜耦和到腔外。
因此，锁模激光器的输出是一个等间隔的激光脉冲序列。
相邻脉冲间的时间间隔等于光脉冲在激光腔内的往返时间，即所谓腔周期。
一台锁模激光器所产生的激光脉冲的宽度是否短到飞秒量级主要取决于腔内色散特性、非线性特性及两者间的相互平衡关系。
而最终的极限脉宽则受限于增益介质的光谱范围。
衡量一台飞秒激光器的重要技术指标为：脉冲宽度、平均功率和脉冲重复频率。
此外，还有谱宽与脉宽积，脉冲的中心波长，输出光斑大小，偏振方向等。
脉冲重复频率实际上告诉我们了激光脉冲序列中两相邻脉冲间的间隔。
由平均功率和脉冲重复频率可求出单脉冲能量，由单脉冲能量和脉冲宽度可求出脉冲的峰值功率。
克尔透镜锁模固体激光器产生飞秒超短光脉冲的新进展。
促使人们去研究在这种激光器中脉冲的形成和压缩机制，并建立了自锁模的克尔透镜模型。
该模型就是利用增益介质自聚焦效应引起的快自幅度调制(SAM)与腔内硬孔或软孔相[]结合，导致了脉冲的形成和压缩。
软孔是指当激光的模体积大于泵浦光的模体积时，脉冲中央由于强的自聚焦几乎全部进入泵浦光的模体积内而被放大，而脉冲两翼弱的自聚焦只有部分进入泵浦光的模体积内被放大，故脉冲中央的放大倍数大于两翼的放大倍数，脉冲被压缩。
光纤激光器锁模原理介绍
光纤激光器锁模原理介绍Lasers are devices that produce intense beams of monochromatic light through the process of stimulated emission of radiation. Fiber lasers, in particular, are a type of solid-state laser that uses an optical fiber as the gain medium. Their ability to produce high-quality beams of light with high efficiency makes them highly desirable for a variety of applications, including cutting, welding, drilling, and marking in the industrial sector.激光是通过受激辐射过程产生强烈的单色光束的设备。
光纤激光器是一种将光纤作为增益介质的固体激光器。
它们能够高效地产生高质量的光束，因此在工业领域的切割、焊接、钻孔和标记等应用中备受青睐。
One fundamental principle behind the operation of fiber lasers lies in the process of mode locking. Mode locking refers to the synchronization of the phases of the modes of the laser’s electromagnetic field. By doing so, the laser produces pulses of light with a very narrow linewidth and high peak power, which is advantageous for many applications.光纤激光器运作背后的一个基本原理是锁模过程。
激光原理简答1
答：共焦球面扫描干涉仪是一个无源谐振腔。
由两块球形凹面反射镜构成共焦腔,既两块镜的曲率半径和腔长相等，R1=R2=L。
反射镜度有高反射膜。
两块镜中的一块是固定不变的，另一块固定在可随外加电压而变得电压陶瓷环上。
改变腔长L或改变腔内折射率n，就可以使不同波长的光以最大的透射率透射，实现光谱扫描。
从而使各个激光模式依次通过干涉仪，由光电接收器转换成电信号，并连接到示波器观察。
从而荧光屏上即显示出透过干涉仪的激光模式。
2.简述电光调Q技术的原理，框图及调节Q开关注意问题。
答：调Q原理：通过某种方法使谐振损耗按照规定的程序变化，在泵浦激励刚开始时，先使光腔具有高损耗，激光器由于阈值高而不能产生激光振荡，于是亚稳态上的粒子数便可以积累到较高的水平。
然后在适当的时刻，使腔的损耗突然降低，阈值也随之突然降低，此时反转集居数大大超过阈值，受激辐射极为迅速地增强。
在极短时间内，上能级储存的大部分粒子的能量转变为激光能量，在输出端有一个强的激光巨脉冲输出。
电光调Q：利用晶体的普克尔效应来实现损耗突变。
注意问题：激光器输出的光能量高、功率密度大，应避免直射到眼睛。
避免用手接触激光器的输出镜，晶体的镀膜面，膜片应防潮，不用的晶体，输出腔片用镜头纸包好，放在干燥器里。
3.简述非均匀加宽工作物质增益饱和的“烧孔效应”及特性。
答：入射光强与饱和光强可比拟时，入射光强增加，增益系数减少。
这就是非均匀加宽情况下的增益饱和现象。
增益曲线的烧孔效应：在非均匀增宽型介质中，频率为、强度为I 的光波只在附近宽度约为的范围内有增益饱和作用。
增益系数在处下降的现象称为增益系数的“烧孔”效应。
空间烧孔效应：当频率为v的纵模在谐振腔内产生稳定振荡时，腔内就会形成驻波场，波腹处的光强最大，波节处的光强最小。
频率为v的模在腔内的平均增益系数为g，但轴向上各点的反转集居数密度和增益系数不同，波腹处增益系数最小，波节处增益系数最大，这一现象为增益的空间烧孔效应。
锁模原理
0
2π π
a
N sin Na N2 cos Na = P lim = P lim = N2P 0 0 0 a→0 a→0 sin a cos a
(N=4)
2、重复周期与重复频率 、
(1)重复周期 重复周期
2L′ T= c
光在腔内往返一周所用时间
(2)重复频率 重复频率 证 a1=t1+α
f =
c = νq 2L′
sin 2 ( Na ) 2 P=P 0 sin 2 ( a ) 2
P
sin2 ( Na ) 2 sin( Na ) cos( Na )( N ) 2 2 2 2 Pm = lim P0 = P0 lim a→0 a→0 2 sin( a ) cos( a )( 1 ) sin2 ( a ) 2 2 2 2
3 πlU0neγ 33 M= :调相系数 调相系数 λd
③调制结果，使中心纵模产生初位相一样、频率 调制结果，使中心纵模产生初位相一样、 为ω0±的两个边模
E(t) = E0cos[(ω0t +0 ) + M cos t]
ω
ω0- ω0 ω0+ = E0cos(ω0t +0 ) cos(M cos t) - E0sin( ω0t +0 ) sin( M cos t)
(4)调制曲线 调制曲线
U(t),n(t), (t) t ω(t) ω t I(t) t
0
L′ c 2L′ c
U(t):驱动电光器件的 驱动电光器件的 调制电信号 n(t)、 电光效 、(t):电光效 应引起折射率变化 和相移的波形 ω(t):光的频移波形 ω 光的频移波形
I(t):锁模激光输出波形 锁模激光输出波形
锁模的原理
锁模的原理
锁模是注塑模具中非常重要的一部分，它的作用是在注塑成型过程中固定模具
的上下板，使得模具在注射压力的作用下能够保持稳定，确保成型产品的质量。
锁模系统通常由锁模机构、导柱、导套、模板、模板支座等部分组成。
下面我们将详细介绍锁模的原理。
首先，锁模机构是锁模系统的核心部分。
它通过机械传动装置，将模具的上下
板牢固地固定在一起，以抵抗注射压力对模具的挤压力，确保模具在成型过程中不会发生位移或变形。
锁模机构通常包括锁模板、活动模板、定位销、锁模杆等零部件，通过这些零部件的配合运动，实现模具的开合和锁紧。
其次，导柱和导套也是锁模系统中不可或缺的部分。
它们的作用是使模具的上
下板在成型过程中能够保持垂直运动，避免因为模具上下板的不平行而导致模具的卡滞或变形。
导柱和导套通常采用高精度的配合，以确保模具在成型过程中能够保持稳定的运动轨迹。
此外，模板和模板支座也是锁模系统中的重要组成部分。
模板是模具的上下板，它直接承受注射压力和模具的开合力，因此需要具有足够的强度和刚度。
模板支座则是支撑模板的零部件，它通过螺栓或其他连接方式将模板固定在模具机身上，以确保模具在成型过程中不会发生松动或位移。
总的来说，锁模的原理是通过锁模机构、导柱、导套、模板和模板支座等部分
的配合运动，使得模具在注射成型过程中能够保持稳定的运动轨迹和固定的位置，确保成型产品的质量。
只有锁模系统运行正常，才能保证模具的使用寿命和成型产品的质量。
因此，在模具设计和制造过程中，锁模系统的设计和选择至关重要，需要充分考虑模具的结构和成型工艺，以确保锁模系统的可靠性和稳定性。
锁模的原理方法及应用
锁模的原理方法及应用1. 概述锁模是一种工业生产中常用的技术，它用于确保模具在注塑过程中的稳定性和精度。
本文将介绍锁模的原理、方法和应用，并给出一些实际案例，以帮助读者更好地理解锁模的重要性和应用场景。
2. 锁模的原理锁模是指通过一定的机械手段将模具保持在预定的位置上，以确保注塑过程中模具的稳定性。
其原理可以归纳为以下几个方面：•摩擦力：通过增加模具之间的摩擦阻力，防止模具在注塑过程中发生位移或变形。
•弹簧力：通过使用弹簧等弹性元件，将模具保持在稳定位置上。
•液压力：利用液压系统提供的油压力来锁定模具，确保其稳定性。
•周向力：通过在模具的边缘设置周向力，使模具保持稳定。
3. 锁模的方法锁模可以通过多种方式实现，下面介绍几种常见的锁模方法：3.1 机械锁模机械锁模是一种常见的锁模方式，它通过机械装置将模具保持在位，以确保模具的稳定性和精度。
常见的机械锁模机构包括顶杆式锁模、侧板式锁模和斜销式锁模等。
3.2 液压锁模液压锁模是一种利用液压系统来锁定模具的方式。
通过控制油压力，可以实现对模具的精确控制，使其保持在预定位置上。
液压锁模可以适应更复杂的模具形状，并提供高度的精度和稳定性。
3.3 气动锁模气动锁模是一种利用气动系统来锁定模具的方式。
它通常用于较小型的模具，具有简单的操作和较低的成本。
然而，与液压锁模相比，气动锁模在控制精度和稳定性方面稍逊一筹。
3.4 电子锁模电子锁模是一种利用电子控制系统来锁定模具的方式。
它通常与其他锁模方法结合使用，以提供更高的精度和稳定性。
电子锁模的优点是可以实现远程控制和自动化操作，提高工作效率。
4. 锁模的应用锁模技术在许多工业领域中都具有广泛的应用。
以下列举几个常见的应用场景：4.1 注塑成型锁模技术在注塑成型过程中起着关键作用。
通过锁定模具，可以确保塑料在注塑过程中的形状和尺寸的稳定性。
锁模还能提高成型的精度和产品质量。
4.2 压铸成型在压铸过程中，锁模技术用于确保模具在注入液态金属时的稳定性。
3.3 被动锁模
由不规则的脉冲演变为锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段。 （一）线性放大阶段 各模式振荡（由光的随机起伏－相位固定过度）,增加强弱脉冲的差 别，甚至使弱脉冲消失。 特点：初始阶段，有机染料未饱和－非线性吸收光波场－自发辐射的 荧光－G> 时，产生激光，在激光介质中线性放大-增益未饱和。 自发辐射的荧光几乎包括腔内所有模式，频谱宽，但光强弱，随着 的增加，当G> 时，产生激光，激光强度波形涨落形式，腔内总电 场可表为各模式电场之和。各模之间的相位无规则分布.
从形成过程看，被动锁模是由很多脉冲相互竞争的结果。 脉冲的出现是随机的，造成每一次输出不同。受染料的浓 度，泵浦光源，谐振腔的结构，调整误差影响。
锁模脉冲的形成 ta－线性阶段开始，tb－非线性阶段开始，tc －非线性放大， 增益饱和。td－增益降至阈值，到达最大光强，脉冲的包络振 幅，由饱和光强和反射镜的透过率决定。 被动锁模在脉冲激光器中进行，输出的脉冲序列包络和被动Q 开关脉冲相似。 被动锁模的过程 (1)频谱：宽频谱－窄－宽 (2)光强：光的随机起伏－光有规律－形成一个脉冲。 (3)相位－由相位随机－相位固定。 特点： 优点：被动锁模的结构简单，不需要人为的控制。 缺点：稳定性差。输出的强度不稳定。
碰撞锁模激光器装置
在碰撞锁模激光器中存在可饱和增益,可饱和吸收,自 相位调制和色散四种主要物理机制,四者的平衡是获 得窄脉冲稳定锁模的关键.
碰撞锁模环形激光器
3.4 同步泵浦锁模
是采用一台锁模激光器脉冲序列泵浦另一台激光器， 通过调制腔内增益的方法获得锁模 实现同步泵浦锁模的关键是使被泵浦激光器的谐振腔长 度与泵浦激光器的谐振腔长度相等或是它的整数倍
当Tr具有比τp长得多得弛豫时间
n(t , t ) n(t ) exp[(t t ) Tr ]
同步泵浦脉冲染料激光器的被动锁模
同步泵浦脉冲染料激光器的被动锁模下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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被动锁模技术的原理与应用
被动锁模技术的原理与应用1. 背景介绍被动锁模技术是一种在模具上应用的锁模装置技术。
传统的模具锁模装置多采用机械方式，需要使用大量的气动元件，同步要求高，造价高昂。
而被动锁模技术通过引入形状记忆合金材料，可以实现简单的结构、高精度的锁模功能，减少零部件，提高模具的可靠性和精度。
2. 原理和工作方式被动锁模技术的核心原理是利用形状记忆合金（SMA）材料的热机械性能。
通常被使用的SMA材料是一个由镍和钛组成的合金，具有独特的形状记忆效应和超弹性。
被动锁模技术的工作方式分为两种情况：2.1 温度控制型被动锁模技术在温度控制型被动锁模技术中，通过改变形状记忆合金的温度，实现锁模装置的切换。
当SMA材料处于低温状态时，具有良好的弹性和可塑性，此时模具可以进行开模操作；当SMA材料受到加热，温度升高时，SMA材料将发生形状记忆效应，自动变形到预设形状，锁定模具，实现锁模操作。
2.2 电流控制型被动锁模技术电流控制型被动锁模技术通过施加电流控制SMA材料的相变过程，从而实现锁模和解锁模动作。
当施加电流时，SMA材料会发生相变，从超弹性状态变成具有形状记忆效应的状态，实现锁模；当去除电流时，SMA材料恢复到超弹性状态，模具解锁。
3. 被动锁模技术的优势相比传统的机械式锁模装置，被动锁模技术具有如下优势：•简单结构：被动锁模技术不需要使用复杂的零部件，大大减少了模具的组装难度和加工成本。
•高精度：被动锁模技术通过形状记忆合金的精确变形，实现高精度的锁模和解锁模动作，提高了模具的制造精度和生产效率。
•可靠性：被动锁模技术在锁模和解锁过程中无需完成复杂的机械传动，减少了机械部件的磨损和故障风险，提高了模具的可靠性和使用寿命。
4. 应用领域被动锁模技术在模具制造领域具有广泛的应用前景，特别适用于以下场景：•塑料注塑模具：被动锁模技术可以实现快速的锁模和解锁过程，提高了塑料注塑模具的生产效率。
•压铸模具：被动锁模技术可以减少模具的零部件，提高模具的精度和可靠性，适用于高要求的压铸产品生产。
锁模光纤激光器讲义
Байду номын сангаас
主动锁模光纤激光器
主动锁模光纤激光器的典型结构示意图
谐波锁模
主动锁模光纤激光器
输出脉冲的波形
输出脉冲的光谱
被动锁模技术（染料锁模）
利用非线性元件对光强的依赖性，来产生光脉冲的锁模方式。
E(t)的振幅极大值A(t)max=(2n+1)E0，这说明在振幅出现极值的时
刻各振荡纵模的振幅同时到达极大值。（峰值功率）Pm=N2P0 锁模后所得脉冲的宽度为Δt=[(2n+1) q]-1=1/，式中：q为
器件的纵模间隔； 为器件的振荡线宽。所以激光的带宽越宽，
则所获得的脉冲宽度越窄。（脉冲宽度）
若共有（2n+1）个纵模，则激光的电场强度可表示为:
总的光强为:
由于各纵模之间相位彼此相互独立并呈无规则变化，所以各纵 模之间相干项在时间平均下为零，平均输出光强是纵模之和，不会 出现相干加强或相干减弱时域脉冲波输出，而是呈现出存在幅度和 相位噪声的连续光输出。
锁模激光器输出特性
若使 ，即使相邻纵模间的位相差均保持为某一常 数a（通常称此为相位锁定或锁模），则第q个纵模可以表示为：
激光 输出镜 激光介质 染料盒 全反镜
1、线性放大：泵浦刚开始，工作物质对产生的诸多光脉冲进行线 性放大。 2、非线性吸收：染料被漂白，强脉冲被迅速放大，弱脉冲被吸收。 3、非线性放大：工作物质对留下的强脉冲进行非线性放大，使脉 宽被压缩。
被动锁模技术（染料锁模）
P t 线性 放大 P 非线性 吸收 t P t
锁 模 方 式
主动锁模 通过外界信号周期性调制激光器谐振腔参量
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被动锁模的评价
优点：被动锁模光纤激光器输出脉宽相对较窄,
结构简单 缺点：被动锁模激光器稳定性差，能实现锁模的 激 发 几 率 一 般 最 好 达 60~70% ， 差 的 竟 只 有 10~20%，这对不少应用是不适宜的 输出脉冲重复率受光纤长度的限制不可能很高, 不易调整和控制
被动锁模的发展
在获得短脉冲或超短脉冲的手段上,主动锁模或调Ｑ因为造价昂贵并且 系统庞大而存在很多不利之处。被动锁模或调Ｑ以前长期为染料吸收 体所独占,因为染料有毒性,容易变质等缺点,已经逐渐被淘汰。1992 年,Ｕ.Ｋｅｌｌｅｒ〔1〕等在腔内引入反共振的法布里-帕罗标准具 可饱和吸收体(ａｎｔｉｒｅｓｏｎａｎｔＦａｂｒｙ-ＰｅｒｏｔＳ ａｔｕｒａｂｌｅＡｂｓｏｒｂｅｒ,Ａ-ＦＰＳＡ),实现了Ｎｄ:ＹＬ Ｆ自启动的被动锁模,脉宽3.3ｐｓ,这是Ａ-ＦＰ ＳＡ或ＳＥＳＡＭ(ｓ ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｔｕｒａｂｌｅａｂｓｏｒｐｔｉｏ ｎｍｉｒｒｏｒ)首次应用于固体激光器被动锁模,也是首次实现固体 激光器皮秒级被动锁模。现在,国外适用于各种波长固体激光器的ＳＥ ＳＡＭ几乎都制作出来了,国内先后有天津大学研制出适用于Ｔｉ:Ｓ ａｐｐｈｉｒｅ激光器飞秒锁模的800ｎｍ宽带半导体可饱和吸收镜, 中科院半导体所研制出适用于1.06μｍ附近波长固体激光器被动锁模 的ＳＥＳＡＭ。ＳＥＳＡＭ已经用在各种固体激光器和光纤激光器上 用以实现被动调Ｑ,被动调Ｑ锁模,皮秒直接被动锁模,飞秒锁模自启动 中国科学院半导体所
YAG被动锁模Nd：YAG绿光激光器研究
多年来，人们一直采用有机染料作为可饱和吸收 体实现脉冲式抽运的Nd：YAG激光器的被动锁 模，再配合腔外或腔内倍频方法以获得高能量的 皮秒绿光脉冲。然而，有机染料具有使用不方便， 稳定性差，难以实现锁模激光器的全固化等缺点， 本问采用了：YAG作为可饱和吸收体，KTP作为 倍频器件，实现脉冲式抽运的Nd:YAG激光器的 被动锁模和腔内倍频，获得输出能量13。5mJ 的皮秒绿光激光器。 华侨大学信息与工程学院 YAG被动锁模Nd：YAG绿光激光器研究
被动锁模原理
在一台染料调Q激光器中，只要可饱和染料 的激发态寿命短于光子在腔内往返一周的时 间2L/C，则在该激光器的输出中，就会出现 某种锁模振荡脉冲。如果激光器制作讲究， 那么其输出便出现锁模脉冲序列，其包迹便 是一个调Q脉冲。
结合染料的性质来分析
可饱和染料的吸收系数随光强的增加而下降，所以高增益的激光器所产生的高强 度激光足以使染料吸收饱和，图3.2-3示出激光通过染料的透过率(T)随激光强度 (I)的变化.强信号的透过率较弱信号为大,只有小部分为染料所吸收.强,弱信号大 致可以饱和光强I0来划分.在没有发生锁模作用以前,假设腔内光子的分布基本上 是均匀的,但还有一些小的起伏.如图3.2-4(a)中强度起伏为M1.由于染料具有饱 和吸收的特性,但弱信号透过率小,降低得多;而强信号则降低得小,且绝对值的降 低可由工作物质的放大而得到补偿.所以通过几次染料的吸收和工作物质的放大 后,极大值与极小值之差,也就是强度的起伏,由M1增加到M2;再吸收.放大几次,有 增加到M3.这样,脉冲的前沿不断被削掉,而尖峰部分能有效地通过,使脉冲变窄, 对比加大.图3.2-4(b)是与(a)相应的频谱.开始时仅包含 0 和两个较弱的边频信 号 0 q .经过几次染料的吸收和工作物质的放大后,边频信号的强度比 0 增加 的快,并激发了新的边频信号 0 2 q .再经过几次吸收与放大,边频信号 0 q 1 及 0 2.又增大,又激发新的边频.如此继续,便得到一系列周期为/ q 2 L / c 的 q 的脉冲输出序列
有理数谐波主被动锁模掺铒光纤激光器
在主动锁模掺铒光纤环形激光器中(ＡＨＭＬ Ｅ ＤＦＬ)接入一个非线性光学环形镜,形成结构新 颖的主被动锁模掺铒光纤激光器(ＡＰＨＭＬ Ｅ ＤＦＬ),利用非线性光学环形镜所具有的饱和吸 收体功能,成,在1ＧＨｚ量级的调 制频率下,由主被动锁模掺铒光纤激光器获产生 重复频率为5 1ＧＨｚ、幅度相当稳定的4阶有理 数谐波锁模脉冲序列。
三个阶段
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可分为三 个阶段,见图3.2-4.其过程实质是最强的脉冲得到有选择地加强,背景脉冲逐渐 地被抑制.三个阶段可简述如下 线性放大阶段 初始的激光脉冲具有大致等于荧光带宽的光谱含量,并且具有随 机相位关系的激光模之间的干涉,导致光强度的起伏.脉冲总量很大,大致具有腔 内模数的量级,但也存在少量超过平均强度的峰值,见图3.2-4 (a)在线性放大期 间,发生自然模选,同时由于放大过程使频谱变窄,被放大后的信号起伏得到平滑 和加宽,如图3.2-4 (b)及(c). 非线性吸收阶段 工作物质的增益虽是线性的,但由于此时腔内光强已超过饱和 光强,故染料的吸收变成了非线性.其结果是较强的脉冲“漂白”了染料,脉冲强 度得到很快的谱长;而大量的较小脉冲受到染料较大的吸收而被有效地抑制.使 发射脉冲变窄,如图3.2-4(d)(e)所示同时频谱得到加宽 非线性放大阶段 在吸收跃迁完全饱和时,光强度已足够高,激光经激活介质的放 大是非线性的,这是 高峰值功率阶段,见图3.2-4(F).这时背景最小脉冲几乎完 全被抑制,输出的是一个高强度的脉冲序列.最终粒子数反转被倒空,脉冲逐渐衰 弱。非线性放大加宽了谱线，并在时间域内变窄了脉宽。在实际的被动锁模激 光器中，情况比这要复杂。
Cr4+:YAG在对撞脉冲锁模的Nd：YAG激光器中 实现被动锁模
提出了Cr4+:YAG作为可饱和吸收体在Nd:YAG激光器中实现被动 锁模的可能性,运用速率方程组导出在强激光脉冲作用下Cr4+:YAG 激发态吸收的恢复时间和饱和光强。实验上在带有抗共振环结构的 接近于介稳腔的脉冲式Nd:YAG激光器中用Cr4+:YAG作为可饱和 吸收体实现被动锁模运转,得到能量13.5mJ、平均脉宽180ps的锁 模脉冲序列
平均功率达到10W的Nd:YAG二级管 泵浦被动锁模激光器
瑞士联邦技术研究院和瑞士d’Electronique et de Microtechnique-Zurich 中心的研究人员与TimeBandwidth产品公司的研究人员合作研制了一种Nd； YAG二级管泵浦的被动锁模激光器，该激光器具有10。 7W的平均功率和7。8KW的峰值功率。单路通过KTP 晶体的外倍频在532nm时能产生3。2W的平均功率， 继之通过BBO的倍频产生120mW的紫外输出。激光 腔的设计应适合于更高的功率，它由四反射镜组成两个 曲面镜控制激光头中和半导体饱和吸收反射镜上的激光 模半径，它与增益介质中较小的激光模相结合，促进稳 定的自启动锁模，而无Q开关的不稳定性，直接耦泵浦 配置消除了与边壁泵浦相关的典型问题
用单晶硅实现被动锁模
在Nd:YAG激光器中,用单晶硅实现了被动锁模,得到了脉冲 定义为28ps左右,能量为约3μ J的锁模脉冲
用半导体材料代替染料在固体激光器中实现锁模是人 们很感兴趣的课题。就已有的结果来看,Keller所用的 量子阱材料[1]仅用于CW激光器中,且制备复杂。 Yumashev所用CuInS2xSe2(1-x)材料的特性是不错的[2], 但后来未见到更多的报道 中国科学院上海光学精密机械研究所,高功率激光物理 联合实验室 用单晶硅在Nd：YAG激光器中实现被动锁模