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锁模的文章讨论了通过锁模产生超短脉冲的一般问题。本文专门讨论主动锁模,这涉及谐振腔损耗或往返相位变化的周期性调制。例如,可以通过声光或者电光调制器、马赫-泽恩德集成光调制器或
半导体电吸收调制器来实现。如果调制与谐振腔的往返同步,就能产生超短脉冲: 每当循环脉冲击中输出耦合器时,都会产生一个输出脉冲。
qkPvE;" U9[QdC 图1:主动锁模激光器的示意图
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通过调制谐振器损耗实现主动锁模(调幅锁模)的原理很容易理解。调制器的作用有两种不同的重要影响:
Utd`T+AF* - 具有“正确”时序的脉冲可以在损耗最小的时候通过调制器(见图2)。因此,与谐振腔中循环的任何其他辐射相比,它都是有利的。由于脉冲在稳定状态下会使激光增益达到饱和,从而使其往返增益为零,因此其他循环辐射将无法通过调制器,其他循环辐射的往返增益为负值,迟早会消失。
- 尽管如此,脉冲的两翼还是会有一点衰减,实际上这导致每次往返的脉冲(轻微)缩短,两翼的往返增益为负值,而脉冲中心的往返增益为正值。因此,脉冲会越来越短直到脉冲缩短被其他效应(如增益收窄或色度色散)抵消,从而使脉冲变宽。
DP_ ]\V<sT 图2:光功率的时间演变和主动锁模激光器中的损耗
调制器会增加脉冲翼的损耗,从而有效缩短脉冲。由于脉冲持续时间相对于脉冲周期通常比显示的要小得多,因此调制器的脉冲缩短效应通常非常微弱。在简单的情况下,可以用库曾加-西格曼理论公式计算出稳定状态下的脉冲持续时间。它是由调制器中的脉冲缩短与增益缩小带来的脉冲展宽之间的平衡。脉冲持续时间通常在皮秒范围内并且与调制器信号强度等
参数有微弱的关系,这种微弱的依赖性源于:调制器的脉冲缩短效应在较短的脉冲持续时间内会迅速减弱,而其他延长脉冲的效应(如调制器信号强度)则会在较短的脉冲持续时间内迅速减弱,而延长脉冲的其他效应(如增益收窄和色度色散)则变得更加有效。
BE>^;` K 图3:用
软件模拟的主动锁模激光器中脉冲持续时间(和其他脉冲参数)的演变RP脉冲在一个个案研究。注意,达到稳定状态需要多次往返,因为每次往返的脉冲整形效应相当弱
q|r^)0W vgKZr 开关式调制器的行为:
sVWOh|O[W 如果在实现锁模后关闭光调制器,锁模通常就会结束。但在某些情况下 如果被动锁模机制也起作用,锁模可能会继续存在。这可能发生在各种情况下,涉及到一些
光学非线性,例如克尔
透镜锁模。
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