1、第三章 超短脉冲技术,第三章 超短脉冲技术,锁模的原理和输出特性锁模的方法:主动锁模， 被动锁模测量锁模脉冲光的方法,3.1 锁模原理锁模的目的一般多模激光器的输出特性多模激光器纵模锁定的输出特性,一.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.例: 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 光寿命的测定,非线性光学的研究等需窄的脉宽.,二.多模激
2、光器的输出特性. 未锁模的连续激光器输出的是连续的激光。多纵横，主要讨论各模之间的关系，把每一模式的光波做为一束光来处理。,纵模频率,频率间隔,式中L光学长度 q纵模序数,假定在激光器工作物质净增益线宽内超过阈值的纵模即在腔内振荡的模式有2N1个。 纵模表示式 式中 和 分别是第q模的角频率和相位， 第q模的电场振幅，q 激光器内2N1个振荡模中第q个纵模数，而不是 纵模序数。,1.激光器输出特性各振荡模的振幅和相位无规则分布 -中心频率处的振幅大，远离中心小，且它们之间变化无规律。-各模的初相位，在 之间分布， 或 常数。 对于不同的时间，每个模的振幅和相位也有变化， 随时间漂移。,图3.1
3、-2 非锁模和理想锁模激光器的信号结构模, (a)-非锁模, (b)-理想锁模,输出的光强是各个纵模无规叠加。输出的光强是各纵模光强的无规叠加，接收到的光强是时间的平均值。,总光强的平均值是各纵模光强之和的1/2。 相位分布对输出光强有影响的， 不同，各模不相干。 假定在一般激光器中设法使相邻两纵模间的位相固定。相位有规律。常数 由于各相邻模之间的频率间隔是固定的，各模的振动方向（偏振光）或振动方式（自然光）对于一定激光器是相同的。各振荡模具备了上述三个条件，各模光波变成相干波。，因此输出的光波可能是一序列的脉冲形式。对于每一脉冲来说，脉宽窄了，峰值功率大大增加，锁相激光器锁模。,2.锁模要使
4、各模变成时间相干波，需要具备三个条件，而各纵模频率间隔相等并固定，各模振动方向或方式相同-激光器固有性质，只要使各相邻模之间具有固定的相位关系即： 常数锁模：即是使各相邻模之间的相位固定，使各模变成时间相干波。注意：每一模式看成一束光波。对于多模激光器，包括多个纵模，横模，模式不同类型不同。,3.锁模的类型（激光器纵模横模）(1)纵模锁定 指同一横模中不同纵模之间的锁定，一般采用基横模中不同的纵模， ，q是纵模序数，这种纵模锁定理论成熟，应用广。经过纵模锁定后，激光器输出的是脉宽在ps或更窄飞秒量级的一序列脉冲。(2)横模锁定 指的是同一纵模不同横模锁定。在中，q-固定值，m、n是变化的。如果
5、是圆对称横模，输出的光束是一个其横向强度分布图是高斯型的基横模的形状，但光束半径周期性变化。(3)纵横模同时锁定对于，m、n、q变化。输出的光束，无论在轴向或横向，光都被限制在一个小的空间范围内，这一光点将在激光腔内按照几何光学的路程来回扫描，因此输出的脉冲以激光输出镜的不同位置来出现。,（2）、（3）种目前理论上尚不成熟，实现起来难度大，而目前不如第一种应用广泛，因此主要讨论第一种情况。三多模激光器纵模锁定的输出特性1锁模激光产生的频域和时域：（锁模原理） 设法使腔内光场的分布状态逐渐集中到一很窄的局部，分为时域和频域来描述。 频域：在激光振荡中使各频率在相位上实现锁定，形成极窄的时间包络，
6、在形成过程中不断被放大。 时域：在激光形成过程中，对腔内的光场在时间上不断进行周期性选切，在此过程中不断被放大。 2相位锁定后的总电场假定振荡的纵模电场表示式,q不是纵模序数 而是腔内振荡纵模个数定义处于增益曲线中心频率的纵模q0，因此在腔内参与振荡的模式个数共2N1个， （各模间隔相同）如果相邻两纵模之间的相位差恒定 常数 在处相位 0并设各纵模的振幅相等 （实际上不等）则激光器输出的总光波场是2N1个纵模相干的结果,（a） 2N+1个模式经过锁定以后，总的光波场变为频率为 的单色调幅波，振幅A(t)即总光波场受到振幅调制。(b) 光强 是时间的函数。(c) 光波电场调幅波按傅立叶分析是由2
7、N+1个纵模频率 组成，因此光波的脉冲包括2N+1个纵模的光波。,3.A(t)的变化规律 假定 并不影响讨论的结果 分子分母均为周期函数，A(t)是周期函数，找出它的周期极值点、0点，得到A(t)的规律。0点：当分子为0，分母不为0，则是A(t)的0点。分子0 所以 t=0 、 是一周期,所以在一周期内有2N个0值点： （分子为零、分母不为零的点）极值点：求出A(t)=0的解，即是A(t)的极值点当分子为0 ,A(t)=0,把方程化简： 此方程t一般解只能采用作图法或数值法对于几个特殊解可以解：方程两边0 解 t=0 t=2L/c方程两边 解t=L/c然后找出使方程两边相等的不为0的解。只能采
8、用作图法，求出两边方程的图形交点，即为方程的解。例如,2N+1=5时，对于 对于各极值点是否极大或极小，则用A”(t) 的值判定。当A”(t) 0时，则A(t)在取得极小值。在02L/c周期内有2N+1个极值点，极值点在两零点之间把极值代入A(t)的表示式可以求得A(t)的大小。在t=0,t= 2L/c时，取得极大值中最大值，（因分子分母为0利用罗必塔法则）,其他点 t=L/c 取得极小值中最小值，（直接代入 ）当N是偶数时，当N是奇数时， 除了以外的其他极值点介于和之间。,总之A(t)的变化规律a.周期是2L/c，在一周期内当t=0, 2L/c时极大值，t=L/c，极小值，和差值很大，差2N
9、倍，（2N1）是腔中振荡的纵模数，大约个 （非均匀，对均匀加宽的固体模式少），有2N2个介于最大和最小之间的极值点：b在一周期内共有2N个0点： cI(t)的变化规律同于A(t)。极值点 一个周期 2N+10点,图3.1-5,4.锁模激光器的输出特性：激光器的输出是脉冲间隔2L/c固定的规则脉冲序列。 2L/c 光在腔内往返一次的时间,等于在腔内只有一个脉冲在振荡锁模的特点。一个脉冲中包含锁定的纵模数。脉冲宽度按照定义脉宽应是两半极大值之间的宽度，在这里可以近似用极大值和0点之间的时间来表示。t=0极大值第一个0点,所以 式中2N+1是激光器中被锁定的纵模个数。在调Q激光器中输出脉宽最窄的是透
10、射式Q开关激光器，输出的脉宽最小为2L/c，而锁模激光器脉宽，比它窄2N1倍。被锁定的纵模数越多2N1 当腔内所有超过阈值的纵模数都被锁定则 增益线宽 例如，固体激光器：钕玻璃 大， 脉冲 He-Ne=气体激光器有的 小，因而不能得到 的脉冲，对这样的激光器进行锁模没有什么意义。, 脉冲的峰值功率 输出脉冲的峰值功率注意这是峰值功率，平均功率比自由运转低。自由运转的激光器输出的平均功率 纵模锁定以后，输出脉冲的峰值功率提高了(2N+1)倍，如在固体激光器中，一般振荡模可以达 个，峰值功率很高。 在锁模过程中，各模之间发生功率耦合，不再独立。锁模的结果是输出序列的脉冲，脉宽窄，峰值功率高，脉冲的
11、能量是所有相位固定的纵模提供的，从下一节锁模方法中也可以看出纵模之间的功率耦合。,3.2 主动锁模纵模锁定的方法主要有主动锁模，被动锁模，自锁三种，主要讲前两种。根据锁模激光器的输出特性输出的光波振幅和光强受到调制，利用调制方法可以进行锁模。结构示意图如下图3.2-1,在自由运转的激光器中加入调制器。调制器 振幅调制（AM）强度调制损耗调制易实现。声光、电光。 相位调制（FM）输出脉宽窄，实现难（电光）加小孔栏的目的，选出单一基横模纵模锁定。 1.振幅调制 以声光调制器为例。声光调制，一般采用驻波式，布拉格衍射。布拉格产生两级光,在锁模中以0级光做为输出光。则1级光做为损耗光,设光波电场： ，
12、 调制信号：受到调制的光波电场为：光波受到振幅调制的频谱。光波的频率 与其边频 之间的相位差为0。这几个频率的光波被锁定。同样，当 的光波被调制时,又激发边频 它们之间的相位差为0，又被固定。依次类推 ，如果这些模是激光器中的纵模,则被锁定。设在调制器上加一交变信号a(t)。,在a(t)变化的一周期中，分析一下腔内损耗变化的情况。 输出光 损耗光a(t)=0 最大 0,损耗 最小a(t)=Am 最小 最大,损耗 最大a(t)=0 最大 0,损耗 最小a(t)= Am 最小 最大,损耗 最大因此，损耗变化的频率为调制频率的2倍，损耗变化率为损耗率 透过率 式中 平均损耗率, 损耗变化的幅值, 平
13、均透过率, 透过率变化的振幅。注：假定损耗和透过率的变化和调制信号成线性关系，实际上根据前面调制公式，不是线性关系，但这样的假定不影响讨论。,声光介质的折射率： 式中： 调制前： 调制器的吸收散射，反射等损耗 设加调制器前光波电场为（即光波在进入调制器前）所以光波的电场变为,式中 振幅的平均值，调制系数 ， 振幅变化幅值。,频域：如果使 ， 这时-是腔内的相邻纵模。 第一章已经分析了振幅调制以后的频谱：调制以后的光波频率为。三光波的相位为 ，因此满足相位固定的条件： 结论：当一束频率为的光波受到振幅调制以后，又产生了两个频率为 的光波（边频）并且三个光波的相位相同，满足相位固定的锁模条件。锁模
14、过程： 假设处于增益曲线中心的频率为 ，由于它的增益最大，首先开始振荡,当此光波通过腔内的调制器时受到调制注意： 腔内损耗变化的角频率， 是调制信号角频率的两倍。调制的结果产生了两个边频分量 ，当损耗变化的频率和腔内纵模的频率间隔相等调制信号的频率 则 调制激发的边频实际上是和相邻的两个纵模频率，这样中心频率调制的结果，使与它相邻的两个纵模振荡。 通过激光介质被放大，当它们通过调制器时，这两个模又受到调制，调制的结果又激发了新的边频 和,这个过程继续下去，直到在激光线宽内所有纵模振荡为止。这些模式的相位相同 符合锁模条件可见，锁模的关键，必须使腔内损耗的变化频率和腔内纵模频率间隔相等。 调制信
15、号的频率对锁模的过程可以理解为（时域） 由于损耗变化的周期正好是光波在腔内来回一次需要的时间 ，当把调制器放到腔的一端时，假设一束光波通过调制器时损耗为 ，当它第二次通过调制器时经历了 的时间，因,此，调制器的损耗，损耗的周期为。 所以 ，以后这束光波每次通过调制器时损耗相同。腔内工作物质的增益一定，适当的控制调制度，使只有在调制器损耗最小时通过的光波满足阈值条件形成振荡。可以说：在损耗最小时通过调制器的模式形成振荡，激发新的模式，这样把所有的模式耦合在一起，这个光波两次通过调制器的时间是，所以输出的脉冲间隔是。在光波两次通过激活介质的间隔，工作物质可以有的时间由光泵浦建立反转粒子数，因此当光
16、波通过激活介质时，会得到更大的能量峰值功率高。,振幅调制锁模的特点：调制器的信号频率为，损耗变化的频率为 调制的结果，使各纵模之间的相位固定输出的光波的间隔为的脉冲序列，具有锁模激光器的输出特性。,.相位调制只能利用电光相位调制。使光波的相位按调制信号的规律变化。选用的晶体 KDP纵向运用 LN横向运用。以LN横向运用为例说明：图3.2-4在LN晶体中，沿z向加电场时，晶体的折射率变为 调制系数：,如果晶体上加调制信号为： 则 式中dz间加场的厚度光波通过晶体以后的附加相位为：lx方向通光晶体的长度可见附加相位按调制信号的规律变化，光波的相位受到调制。相位变化总相位变化频率变化对微分得到：,设
17、光波场为：调制后的光波电场： 式中相位调制系数： 图形如下（时域）可见：调制信号，附加相位，频率变化的频率相同 。,在晶体上加一调制信号，引起晶体的折射率变化，晶体相当于改变了谐振腔的光学长度。相位变频率变，但不同时刻频率变化不同，即频率变化是时间的函数，因此相位调制器相当于一个移频器，光波通过调制器一次， 发生一次频率移动，经过几次频率移动，移到增益曲线以外，不能振荡。如果使 （调制信号的频率），频率 变化的周期 和光在腔内传播的时间相同。 假定光波第一次通过调制器时频率变化 ，经过时间第二次通过时频率变化多次移动移出去。只有在t=0,t1,t2时通过的光波频率不发生变化，被保存下来能振荡，
18、相位调制的结果，产生边频 当调制器的频率 即时，所有模式功率耦 合。锁模过程和振幅调制相同。,锁模过程（频域）：首先，中心频率 增益大先振荡。相位调制的结果产生边频：注意：在每个周期内频率变化曲线上存在两个频变为0的点，这样增加了输出脉冲位置的不稳定性。当 ，处脉冲输出时，的脉冲不能形成，但当条件变化时，有可能从上一脉冲序列跳到，脉冲列，实际中加以克服。相位调制后的频谱：,时相位调制的特点 调制信号的频率和相邻纵模频率的间隔相同。 相位调制的结果，使各纵模相位固定。满足锁模条件 输出的光波是间隔为 的脉冲序列，具有锁模激光器特性。 脉冲位置不稳定必须采取一定的措施。,3.3被动锁模一、固体激光
19、器的被动锁模:在腔内放一个装有机染料的染料合，依靠有机染料的饱和吸收过程（有机染料的饱和吸收原理在Q开关中已经讲过），染料的吸收率是频率和光强的函数。1.和Q开关的区别, 染料的激发态寿命不同（很短ps量级，在ns量级） 在锁模中要求染料的激发态寿命时，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即常数，,而和是时间函数，、随时间变化缓慢，在内，可视为常数。由于相位无规，故总场是不同相位的正弦波的叠加，总场的强度是涨落的。在一周期时
20、间内，光波通过有机染料、激活介质各一次。强脉冲吸收的少，弱脉冲吸收的多-非线性吸收；在激活介质中，强脉冲放大的多，弱脉冲放大的少线性放大，因此强脉冲加强，弱脉冲光强减少，甚至消失，脉冲个数减少，频谱变窄这种变化的周期。,结果：脉冲个数减少，频谱变窄，放大的强信号变得平滑和加宽。注意：由于吸收饱和的光强要比腔中刚开始振荡的光强高若干数量级，因此线性区比较长。,（二）非线性吸收阶段（进行相位固定阶段）特点： 染料，强脉冲使染料饱和，弱脉冲不能使染料饱和非线性吸收主要作用。工作物质增益G未饱和线性放大。在此阶段存在三个重要作用）强脉冲的强度能使染料饱和损耗少（相对值小）。小的弱脉冲不能使染料饱和吸收
21、的多在I未达到I5，工作物质中线性放大的少。结果脉冲个数减少到12个（频谱窄）。）从时间域看，脉冲的宽度变窄，对脉冲的前后沿有压缩，当驰豫时间即染料的上能级 脉宽时，脉冲的前后沿吸收也不同。）从频谱 加宽频谱脉冲经过染料，激光介质时，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 。,图3.3-5,（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由于脉冲强度进一步增大，耦合的模式增大，脉冲前沿的光可使染料饱和，前沿变陡。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
22、变窄。弱脉冲进一步受到抑制，最后腔中剩下一个脉冲振荡。 图33.6 图3.3-7,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。,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
23、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。改进：在被动锁模激光器中加入主动Q开关主被动锁模。 人为加入周期性损耗，控制加压的时间0， 输出光强f相位和调制信号相位相反 正 大f小0， 输出光强f和调制信号相位相同。用光电接受装置接收到经过调制的光强，光强的变化：dI（误差讯号）大小表明偏离的多少， 相位表明偏离的方向经过一套电路系统将误差讯号变为直流电压加到压电陶瓷上，控制腔长，即补偿腔长的变化，使 0。失谐的范围在510KHz,第二种方法，改变调制频率适应腔长的变化，减少失谐。此方法用于相位调制器，因为在相位调制器中存在脉冲位置的跳变。装置如下 图3.3-16， 图3.3-
24、17在调制器上加二种调制信号基波f，二次谐波2f，相位差 ，振幅21,叠加后的波形不对称，因此调制度不同，边频的增益不同，正方的增益高，优先振荡，因此只可能在两个极值处得到脉冲克服跳变。一般对锁模激光器先从实验中测出失谐曲线，再选择一定的电子反馈电路，改进锁模效果。,3.4 单一脉冲的选取及超短脉冲测量技术一、单一脉冲的选取锁模激光器输出的是一序列脉冲，在实际应用中往往需要单一脉冲，因此必须从多脉冲中选取一个脉冲，书中介绍了三种选取脉冲法，前两种都是利用电光Q开关，这部分在Q开关的其他应用中已经讲过。对腔内选取法，由于增加腔内的损耗，阈值提高，一般不采用。1腔外选单一脉冲法工作过程：在两个正交
25、的偏振棱镜P1 和P2之间放一个电光Q开关，当锁模脉冲经过时，被检偏器反射，经透镜聚焦，击穿火花隙，将半波电压 矩形脉冲加到电光开关上，在下一个脉冲通过电光开关时，偏振方向旋转90度，恰好通过检偏器，只要加压时间 2L/c ，得单一脉冲。至于选哪一个脉冲，可通过调整火花隙击穿功率和由火花隙到电光开关的延迟时间来实现。一般选能量最大的脉冲。,2闸流管触发电路工作过程：首先在电光Q开关加电压。由激光器输出的脉冲通过Q开关时偏振方向旋转90度，不能通过偏振器而被反射。当光电二极管接收到的光信号电讯号去触发闸流管使之导通，这时电光晶体上的电压通过闸流管放电，退去晶体上的电压。这时光束通过晶体时不旋转9
26、0度，光可以通过偏振器，只要退压时间，得单一脉冲。,二、超短脉冲的测量 由于锁模激光器输出的脉宽一般几ps-fs量级，而光电接收装置如一般光电二极管和光电倍增管响应时间一般在 s，因此响应时间大于 s，因此无法测量 s- s 脉冲。目前测量锁模的脉冲宽度有两种类型：1.直接观察法直接测量脉冲的实际宽度。例：条纹照相机：主要由结构复杂的条纹管构成。它可把光脉冲直接记录在照相底片上，通过光密度分析获得脉冲形状和宽度。近来出现的新型条纹管，利用了光纤，可以直接给出光脉冲强度I(t)的数字记录，分辨力可以测到12ps。缺点：结构复杂，价格昂贵，不适用连续锁模激光器，需取出一脉冲。不能测飞秒脉冲。,2.
27、相关测量法应用较广，间接测量。利用相关函数的测试，测出的相关函数曲线不是脉冲的实际宽度，要通过换算，才能得到脉宽的近似值。(1)相关函数强度为I(t)的2光束的2阶强度相关函数为二阶相关函数测得的脉冲波形对称。因 ，如果实际波形不对称，此法测不出。用高阶相关函数。n阶单延迟相关函数（只能给出脉冲宽度的上限）由上式看出，相关测试把对脉冲的瞬时测试变成了对具有相对延迟的两个脉冲乘积的时间积分进行测试，这样大大减少了对于测试仪器和接收元件时间响应的要求。,如果接收时间比较长则可能是多个脉冲的平均结果。（对n阶当n则 则对于一般的锁模激光器，比较容易实现二阶相关测试(2)二阶相关测试 利用相关函数得到
28、一宽度，要从此宽度得到脉冲的宽度，首先必须确定实际脉冲的形状，然后进行换算。目前对脉冲形状主要提出四脉冲形式：高斯形（对称，前后沿均是双边高斯形，否则单边）、双曲正割形（单，双）、洛仑兹形和指数形。它们的相关函数解析式已求出。只要把实际测试值与这些脉冲的相关函数曲线（理论）进行比较，精度要求 10-3，即可确定实际脉冲的波形。当然注意锁模脉冲并不是十分规则，只能利用与理论相关曲线接近的程度来判断脉冲大概属于何种形状。,例 双边高斯形当 1 当 0 双边洛仑兹形,可以反映出脉冲的不对称，但是即使一个极度不对称的单边形脉冲，但在的曲线上也仅呈现不大的对称性。 目前比较成熟的二阶相关函数测量法是双光
29、子荧光法和二次谐波法。双光子荧光法是利用激光脉冲激发染料的荧光，分析荧光的强度即可获得激光脉冲二阶相关函数的宽度。a.结构简单。b.适合脉冲激光器。c.但要求调整精度高。d.对各种不同波长的激光要选用不同的染料。e.灵敏度低，分析周期长。例如若丹明6G丙酮溶液，当基态的粒子吸收两光子跃迁到高能态，然后无辐射跃迁到能级，最后由能级自发辐射跃迁到能级发出荧光，其频率等于入射光频率的2倍。双光子效应。,实验装置如下：M3分束镜，把入射光分成相等的两束光，M1M2全反镜由激光器输出的激光进入双光子荧光测试系统。在系统中，把一束光分成两束光，沿相反方向进入染料中，得到的荧光强度与两束光重合的程度有关。重
30、合的少，荧光弱，光全重合，荧光最强，激光脉冲是否完全锁模。荧光强度与入射光强度平方成正比非线性。设两束光的电场强度,则 瞬时荧光强度但在实际测量时，接受元件的响应时间长，所以实际测得的不是荧光瞬时强度而是积分强度当光电接收对相位项不能及时响应时，则,式中右边第项是第1束光的荧光积分强度,第项是第2束光的荧光积分强度，第3项是两束光重叠部分的荧光积分强度。 因两束光的强度相等，则两束光的荧光积分强度相等，设 F一束光荧光积分强度则 式中 -为归一化的二次相关函数主要由两束光的相干强度决定：两束光的重合程度 各模的相位是否固定：,a.当 0 两束光完全重合 b.如果入射光完全锁定 则 如 ，两束光
31、完全不重叠： 产生的背景光是两束光分别产生的荧光强度。完全重叠与完全不重叠的荧光强度之比31在实验中测得了荧光波形的宽度 （或 宽度），是荧光波形实际空间距离，然后换算成脉冲宽度。经验证，设脉宽则 光脉冲的波形系数，方波： ，高斯形： ，洛仑兹形： n染料的折射率,c.如果入射光未锁定 大，则当时仍有重叠，这时不能下降到0， 0.5 背景光大 对比度1.5 对比度 部分锁定，设 m1个模锁定，m2个模未锁定以上说明当两束光由不重合到完全重合时荧光的强度变化不大，因此实验中测得的荧光曲线即能测出脉宽又能判断锁模的程度。,特点：1.结构简单，适合脉冲激光器。 2.底片的感光度的非线性给测量带来误差
32、分辨力底。 3.存在背景光，测量的波形不能反映实际的波形。 4.要求实际调整精度高，分析周期长，灵敏度低。,二次谐波法根据非线性光学原理，当两束光频率为的光通过非线性晶体时，如果满足一定的相位匹配条件，产生频率为2 的倍频光，产生的倍频光的强度与入射光的强度的平方成正比，因此通过一定的装置（迈克尔逊干涉仪）把光分成相等的两束光，使之改变两束光的重合程度，从而接收到不同强度的倍频光相关测量。设两束光的电场强度光电探测器接收到的不是瞬时光强，而是积分强度。,而 背景光当移动全反棱镜时，则第二束光到达倍频晶体的时间在改变，在变对于 a、b 两束光完全不重合,在 在 之间变化时，在13之间变化。因此移
33、动全反棱镜I2，则输出的倍频光不同，把输出送到函数记录仪中，同时测出 ，通过多点测量可以大致确定I(t)的形状和脉宽，因此把对时间的测量转变成对长度的测量。脉宽 ， 波形函数与 同特点：测量的精度高，分辨力高，处理数据方便，结构复杂并需逐点测量。上述的倍频即第一类角度相位匹配（共线）存在背景光造成测量误差。如果采用第二类共线匹配 o+ee这时无背景光 非共线匹配第类可以实现无背景光，只要改变入射两光相交的角度，即可对多种波长进行测试。,小结,本章主要讲了三个问题一.锁模的原理纵模锁定：当相邻两个纵模的相位固定即常数，各模相干，总光波场振幅受到调制 输出特性：脉冲间隔固定的脉冲序列。相当于腔内只有一个脉冲在振荡。 2N+1 小 2N+1大 大 锁模的结果使各模不再独立，发生功率耦合。,二.锁模方法主动锁模AM调制：腔内加一振幅调制器，结果使腔内的损耗周期性变化 ， 损耗最小时通过调制器的光波才能保存下来。 增益大先振荡，振幅受到调制（时间域） 调制的结果激发边频 ， 开始振荡，受到调制，激发新的边频，直到所有的模式被耦合。FM调制：利用电光相位调制器，在晶体上加调制信号，使晶体的折射率变化，这样相当于改变了谐振腔的光学长度，位相变频率变，但不同时刻频率变化不同，相位调制器相当于移频器，调制器的频率,
