1、 调 Q 技术：调 Q激光脉宽 百 ns-ns量级， 峰值功率 W 锁模技术：锁模激光脉宽 ps或 fs量级， 峰值功率 W 6101210目的： 压缩脉冲宽度 ,高峰值功率 ,Q开关激光器一般脉宽达 10-8s-10-9s量级 ,如果再压缩脉宽 ,Q开关激光器已经无能为力 ,但有很多实际应用需要更窄的脉冲 .（ 1964年后发展了锁模技术，可将脉冲压缩到 10-11 10-14s（ ps） 量级 ） 应用： 1. 激光测距，为了提高测距的精度，则脉宽越窄越好。 2. 激光高速摄影。为了拍照高速运动的物体，提高照片的清晰度，也要压缩脉宽。 3. 对一些超快过程的研究，激光核聚变、激光光谱、荧光
2、寿命的测定、非线性光学的研究等需窄的脉宽 (掺钛蓝宝石自锁模激光器中得到了 8.5fs的超短光脉冲序列 )。 4.7 激光 锁模技术 4.7.1 锁模原理 一、多模激光器的输出特性 自由运转激光器的输出一般包含若干个超过阀值的纵模，如图所示。这些模的振幅及相位都不固定，激光输出随时间的变化是它们无规则叠加的结果，是一种时间平均的统计值。 假设在激光工作物质的净增益线宽内包含有 N个纵模，每个纵模输出的电场分量可用下式表示 : )()( qq tiqq eEtE qtiqqqeEtE )()( 那么激光器输出的光波电场是 N个纵模电场的和，即 )()( qq tiqq eEtE qtiq qqe
3、EtE)()( Eq、 q、 q为第 q个模式的振幅、角频率及初位相。各个模式的振幅 Eq、初位q均无确定关系 ,各个模式互不相干 ,因而激光输出是它们的无规叠加的结果 ,输出强度随时间无规则起伏。 假设有三个光波，频率分别为 v1 v2 和 v3， 沿相同方向传播，并且有如下关系： ，在未锁定时，初相彼此无关。 03211312 3 ,2 EEEE vvvv 1v 2v 3v 由于 “ 相消” 的干涉，形成的光波没有一个地方有突出的加强，输出的光强只在平均光强级基础上有一个小的起伏扰动。 如果设法使三个光波在某时刻有固定的相位关系，例如 1 =2 =3， 即按关系 锁定， 此时 三个光波的方
4、程为 01 qq )2c o s ()2c o s ()2c o s (303202101tvEEtvEEtvEE202032193EEEEEEE当 t=0时 0321 EEEE当 时 131vt由于 “ 相长 ” 的干涉叠加，形成的光波就周期性地出现极大值。 图 2 非锁模和理想锁模激光器的信号结构 , (a) 非锁模 ,（ b)理想锁模 二、锁模的基本原理 1.锁模基本概念 锁模技术 让 谐振腔中可能存在的纵模 同步 振荡：让各模的频率间隔保持 相等 并使各模的 初位相 保持为 常数 。 2.输出光强 (1)定义处于增益曲线中心频率的纵模 q 0，设腔内参与振荡的模式 q=-N,-(N-1
5、)0(N-1),N，共 2N 1个 L cqq 1 2qcL 22q cL00qq qq 常数 它们的初位相始终相等 ,并有 q=q-1=0。 (2) 假设各模振幅相等 ,光强相等 Iq = Iq-1 = I0 0qEE激光器输出在时间上有规则的等间隔的短脉冲序列。 (2) 假设各模振幅相等 ,光强相等 Iq = Iq-1 = I0 0qEE则激光器输出的总光波场是 2N 1个纵模相干的结果 . 则第 q个模式的电场强度为 )()(qq tiqq eEtE (2N+1)个模式合成之电场强度 NNqq tq iEtE )(e x p )( 0 Eq=E0 , q=q-1=0 NNtitiq ee
6、EtE 0)()(0按指数形式展开，再用三角函数 可得： tiNNtitiq ettNEeeEtE 00)(21s i n)12(21s i n )()( 00 振幅随时间而变化 输出光强 2202si n ( 2 1 )2()si n2tNI t Et 光强随时间而变化 titiNNtitiq etAettNEeeEtE 000 )()(21s i n)12(21s i n )()( 00 例 :下图为 (2N+1)=7时 I(t)随时间变化的示意图。 T 由上面分析可知，只要知道振幅 A(t)的变化规律，即可了解输出激光的持性。 找出它的周期、极值点、 0点 。 )(21s i n)12(21s i n )( 0ttNEtAA(t)的变化规律： 1.当分子为 0，分母不为 0 ，则是 A(t)的 0 点 : 0)12(21s i n tN . . . . . .3,2,1,0 ,)12(21 mmtN Lc 所以 t=0 , , , 是 A(t)的 0 点 . 1221LNc2221LNc 2Lc2. 分母为 0 的 点 : 021s in t .3,2,1,0 ,21 mmt 2 4 20 , , ,L L L ntc c c3.因 A(t)的分子、分母同时为零，利用罗彼塔法则可求得此时 A(t)的最大值 , 在两个 最大值之间有 2N个极小值 .
