關于
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。
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3{fg3? 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:
w@<II-9L)< - 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(如增益收窄或色度色散)抵消,從而使脈沖變寬。
^qnmKA>"F 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)有微弱的關系,這種微弱的依賴性源于:調(diào)制器的脈沖縮短效應在較短的脈沖持續(xù)時間內(nèi)會迅速減弱,而其他延長脈沖的效應(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(如增益收窄和色度色散)則變得更加有效。
AgZ?Ry 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相當弱
G;$;$gM K8R>O *~ 開關式調(diào)制器的行為:
-]+pwZ4g 如果在實現(xiàn)鎖模后關閉光調(diào)制器,鎖模通常就會結束。但在某些情況下 如果被動鎖模機制也起作用,鎖模可能會繼續(xù)存在。這可能發(fā)生在各種情況下,涉及到一些
光學非線性,例如克爾
透鏡鎖模。
BlQX$s] kRc+OsY9 調(diào)頻鎖模:
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HXhl 不太明顯的是,主動鎖模也適用于光學相位的周期性調(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消除。
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