[激光原理与应用-23]：《激光原理与技术》-9- 控制技术-锁模技术

Posted 2022-12-14 文火冰糖的硅基工坊

目录

第1章 什么是“锁模”

1.1 “锁模”与“选模”

1.2 没有锁模的普通、多纵模（包括无数个频率分量）

1.3 所锁模的多纵模情形（相干叠加）

1.4 锁模的条件

1.5 锁模后的激光输出

1.6 锁模的实现方法

1.7 超短脉冲激光器的发展

第2章 锁模与激光脉冲

2.1 周线性、连续信号的傅里叶级数

2.2 周期、离散信号的傅里叶级数

2.3 周期矩形脉冲信号

2.4 脉冲信号

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第1章 什么是“锁模”

1.1 “锁模”与“选模”

“选模”包括选横模和纵模。

选横模就是选择激光输出的横截面的光的能量分布，如下图所示：

 选纵模就是选择激光输出中电磁波的频率分量的组成成分，如下图所示

单纵模：激光输出的时域信号，是包含单一的频率分量。

多纵模：激光输出的时域信号，是包含多个的频率分量，是多个频率分量的叠加，如白光，就是有无数个电磁波信号的叠加。

 “锁模”：就是选择把多个不同频率分量的电磁波叠加在一起，能够形成脉冲激光光波的输出。

如下图所示：

1.2 没有锁模的普通、多纵模（包括无数个频率分量）

1.3 所锁模的多纵模情形（相干叠加）

 

 （1）1个纵模的激光器（只包含单一频率）

 （2）2个纵模的激光器（包括两个成倍数关系的频率分量）

 

 （3）3个纵模的激光器（包括三个成倍数关系的频率分量）

（4）30个纵模的激光器（包括三个成倍数关系的频率分量）

 相干的纵模的个数越多，激光的脉冲宽度越小，脉冲的功率越大（所有频率分量的电磁的能量，全部集中中脉冲的瞬间发送）

1.4 锁模的条件

使得足够多的不同频率分量的纵模震荡起来，并且相位保持一致（相干叠加）

1.5 锁模后的激光输出

 备注：

一个激光脉冲，实际上是有无数个不同频率分量的电磁波相干叠加而成的！！！

不同频率分量的数目越多，激光器脉冲的宽度越窄，能量越集中 。

通过锁模技术，可以获得脉冲宽度ps秒、飞秒级别，功率高达T瓦的超短激光脉冲。

1.6 锁模的实现方法

 （1）方法1：损耗调制器

 （2）方法2：相位调制器

1.7 超短脉冲激光器的发展

 脉冲宽度：ps秒。

从10的-11次方到10的-14次方，脉冲宽度越来越小，难度越来越大。

第2章 锁模与激光脉冲

时域的激光脉冲信号实际上是有无数个不同频率且相干的电磁波信号叠加而成的！！！！

脉冲的宽度与基波的周期一致，基波周期越短，即频率越高，则脉冲越窄，能量越大。

2.1 周线性、连续信号的傅里叶级数

傅里叶分析认为：

时间上连续的、任意周期的时域信号可以分解为无限多个、离散的、非周期的、正交的复指数频域信号之和，称之为傅里叶级数。

     

为什么会有这个结论呢？

从定性的角度来看，周期信号是有规律的复杂信号，而频率具有倍数关系的正弦信号序列cos(n*ωt)+ i*sin(n*ωt）是具有规律的基本信号。

用无数个不同幅度的、有规律的、基本信号叠加，获得有规律复杂的周期信号，是可行的。

2.2 周期、离散信号的傅里叶级数

傅里叶分析认为：

时间上离散的、任意周期的时域信号可以分解为无限多个、离散的、周期的、正交的复指数频域信号之和，称之为离散傅里叶级数。

也就是说，周期性的离散信号，相对于周期性的连续信号而言，其频谱比连续信号的频谱更有规律性，也变成了周期信号。

所谓频谱的周期性，是指不同频率分量的幅度呈现周期性特点，而不像周期连续信号，其频谱是没有周期的。

2.3 周期矩形脉冲信号

• 脉冲宽度不变，周期变大

脉冲宽度不变，时域信号的周期T变化，影响的频域信号的基波频率和各个谐波信号的频率。T越大，基波频率越小，谐波频率越密集。

• 矩形脉冲周期不变，脉冲宽度变化小

周期不变，时域信号脉冲宽度t, 影响的是时域信号在周期内T内的积分值。

t越大，一个周内内的能量越大，各个谐波分量的幅度就越大。

2.4 脉冲信号

《信号与系统》解读 第3章 强大的傅里叶时域频域分析工具-3：时域信号的傅里叶变换与常见信号的频谱_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客_正弦函数傅里叶变换的频谱图