声光调制锁模激光器讲义

近代光学信息处理和光通讯系列实验讲义 声光调制锁模激光器实验

声光调制锁模激光器

在激光器中利用锁模技术可得到持续时间短到皮秒（ps=10-12S）量级的强短脉冲激光。80年代后期利用碰撞锁模技术可获得持续时间短到飞秒（fs=10-15S）量级的超短脉冲。极强的超短脉冲光源大大促进了非线性光学，时间分辨激光光谱学、等离子体物理等学科的发展。

本实验的目的：

（1） 学习和掌握激光锁模和声光调制原理。

（2） 掌握锁模激光器结构特点及调试方法。

（3） 观察腔长变化及调制深度对输出光脉冲的影响。

一、 锁模激光器原理

本实验是在He-Ne激光器的腔内插入声光损耗调制器来实现对633nm激光锁模的。He-Ne激光介质的增益特性属非均匀增宽类型，如果激光器的腔长不太短，就会出现多个激光纵模振荡（本实验只讨论基横模情况）。相邻纵模的圆频率差为 c q 1 q 2 , (1) L

其中c为光速，L为腔长，若激光介质的增益线宽为ΔωG，则激光器腔内就会有N个纵模存在：

GN , (2)

在腔内N个纵模的总光场可表示为

E z,t z Eexpi n t 0 nn , (3) c N 1 n 2 N 12

式中ω0为增益线宽中心处的纵模频率。一般在自由振荡的激光器中，N个纵模初相位 n之间没有固定的关系，彼此是随机变化的。在比纵模振荡周期大得多的时间内根据（3）式对光强求平均，并假设各纵模振幅相等即En=E0可得

2I Iz,tNE0, (4)

激光总强度正比于各纵模强度之和。用扫描干涉仪观察纵模频谱，可看到各个纵模强度是随机涨落的，这是由于模式之间无规干涉引起的。如果我们用某种方法使激光器中各纵模初相位之间建立固定的联系，或者说使所有纵模同步振荡，在激光腔内各纵模就可以相干叠加了。为了简便，令（3）式的 n 0，并有En=E0，可得