關(guān)于
鎖模的文章討論了通過鎖模產(chǎn)生超短脈沖的一般問題。本文專門討論主動鎖模,這涉及諧振腔損耗或往返相位變化的周期性調(diào)制。例如,可以通過聲光或者電光調(diào)制器、馬赫-澤恩德集成光調(diào)制器或
半導(dǎo)體電吸收調(diào)制器來實現(xiàn)。如果調(diào)制與諧振腔的往返同步,就能產(chǎn)生超短脈沖: 每當循環(huán)脈沖擊中輸出耦合器時,都會產(chǎn)生一個輸出脈沖。
y$R_.KbO N$:8,9.z 圖1:主動鎖模激光器的示意圖
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通過調(diào)制諧振器損耗實現(xiàn)主動鎖模(調(diào)幅鎖模)的原理很容易理解。調(diào)制器的作用有兩種不同的重要影響:
b*Q&CL - 具有“正確”時序的脈沖可以在損耗最小的時候通過調(diào)制器(見圖2)。因此,與諧振腔中循環(huán)的任何其他輻射相比,它都是有利的。由于脈沖在穩(wěn)定狀態(tài)下會使激光增益達到飽和,從而使其往返增益為零,因此其他循環(huán)輻射將無法通過調(diào)制器,其他循環(huán)輻射的往返增益為負值,遲早會消失。
- 盡管如此,脈沖的兩翼還是會有一點衰減,實際上這導(dǎo)致每次往返的脈沖(輕微)縮短,兩翼的往返增益為負值,而脈沖中心的往返增益為正值。因此,脈沖會越來越短直到脈沖縮短被其他效應(yīng)(如增益收窄或色度色散)抵消,從而使脈沖變寬。
LB?u8>a' I 圖2:光功率的時間演變和主動鎖模激光器中的損耗
調(diào)制器會增加脈沖翼的損耗,從而有效縮短脈沖。由于脈沖持續(xù)時間相對于脈沖周期通常比顯示的要小得多,因此調(diào)制器的脈沖縮短效應(yīng)通常非常微弱。在簡單的情況下,可以用庫曾加-西格曼理論公式計算出穩(wěn)定狀態(tài)下的脈沖持續(xù)時間。它是由調(diào)制器中的脈沖縮短與增益縮小帶來的脈沖展寬之間的平衡。脈沖持續(xù)時間通常在皮秒范圍內(nèi)并且與調(diào)制器信號強度等
參數(shù)有微弱的關(guān)系,這種微弱的依賴性源于:調(diào)制器的脈沖縮短效應(yīng)在較短的脈沖持續(xù)時間內(nèi)會迅速減弱,而其他延長脈沖的效應(yīng)(如調(diào)制器信號強度)則會在較短的脈沖持續(xù)時間內(nèi)迅速減弱,而延長脈沖的其他效應(yīng)(如增益收窄和色度色散)則變得更加有效。
]:/Q]n^ 圖3:用
軟件模擬的主動鎖模激光器中脈沖持續(xù)時間(和其他脈沖參數(shù))的演變RP脈沖在一個個案研究。注意,達到穩(wěn)定狀態(tài)需要多次往返,因為每次往返的脈沖整形效應(yīng)相當弱
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開關(guān)式調(diào)制器的行為:
ges J/I 如果在實現(xiàn)鎖模后關(guān)閉光調(diào)制器,鎖模通常就會結(jié)束。但在某些情況下 如果被動鎖模機制也起作用,鎖?赡軙^續(xù)存在。這可能發(fā)生在各種情況下,涉及到一些
光學(xué)非線性,例如克爾
透鏡鎖模。
ZWp(GC1NA 1 I",L&S1 調(diào)頻鎖模:
*EwR!L* 不太明顯的是,主動鎖模也適用于光學(xué)相位的周期性調(diào)制(而不是振幅調(diào)制)。例如例如波克爾斯
電池。這項技術(shù)被稱為調(diào)頻鎖模(FM =頻率調(diào)制),不過相位調(diào)制鎖模一詞似乎更為恰當。它會產(chǎn)生一些啁啾脈沖。一些調(diào)頻鎖模激光器表現(xiàn)出一種不穩(wěn)定性:它們在兩種工作模式之間表現(xiàn)出隨機跳變,即脈沖通過調(diào)制器的時間達到相位延遲的最小值或最大值。這種雙穩(wěn)態(tài)性有時會因色散和非線性效應(yīng)消除。
%BB%pC eO[b1]WLP 同步;再生反饋法:
n>U5R_T 為了穩(wěn)定運行,諧振器的往返時間必須與調(diào)制器信號的周期(或其整數(shù)倍)相當精確地匹配,以便循環(huán)脈沖能以最小的損耗通過調(diào)制器。即使激光諧振器和驅(qū)動信號之間存在很小的頻率匹配誤差,也會導(dǎo)致強烈的定時抖動,甚至出現(xiàn)混亂行為,因為在脈沖定時上獲得的 “拉力 ”非常弱。
v1,oilL 為了長期的穩(wěn)定運行,僅靠仔細調(diào)整穩(wěn)定的激光裝置不足以實現(xiàn)調(diào)制器驅(qū)動器和激光器之間的同步是不夠的,因為會出現(xiàn)熱引起的往返時間和振蕩器頻率漂移等情況。通常情況下,我們需要一個回饋電路,自動調(diào)節(jié)激光諧振腔的調(diào)制頻率或激光諧振器的長度(從而調(diào)節(jié)其往返時間)。一種常用的技術(shù)是再生鎖模(也稱為帶再生反饋的鎖模),圖[5].在這里,調(diào)制器信號不是由自由振蕩或稍加校正的電子振蕩器產(chǎn)生,而是從檢測到的脈沖序列本身的強度調(diào)制信號中獲得。這種方案對于實現(xiàn)可調(diào)脈沖重復(fù)率尤為重要,通常應(yīng)用于鎖模
光纖激光器和激光二極管。
2SR: