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锁模激光器的被动锁模被动锁模技术不需要激光器外部的信号(例如调制器的驱动信号)来产生脉冲。相反,他们使用腔中的光来引起某些腔内元素的变化,然后它本身会产生腔内光的变化。实现此目的的常用装置是可饱和吸收体。可饱和吸收体是一种光学器件,它表现出与强度相关的透射,这意味着该器件的行为取决于通过它的光的强度。对于被动锁模,理想情况下,可饱和吸收体选择性地吸收低强度光,但透射足够高强度的光。当放置在激光腔中时,可饱和吸收体会衰减低强度的连续光。然而,由于非锁模激光器所经历的有点随机的强度波动,任何随机的、强烈的尖峰都会优先通过可饱和吸收体传输。随着腔体中的光振荡,这个过程重复,导致高强度尖峰的选择性放大 ...
锁模激光器的主动锁模最常见的有源锁模技术将驻波电光调制器置于激光腔中。当用电信号驱动时,这会产生腔内光的正弦幅度调制。在频域中考虑到这一点,如果模式具有光频率 ν 并在频率 f 处进行幅度调制,则所得信号在光频率 - f 和 + f 处具有边带。如果调制器以与腔模式间隔 相同的频率驱动,则这些边带对应于与原始模式相邻的两个腔模式。由于边带被同相驱动,中心模式和相邻模式将被锁相在一起。调制器在边带上的进一步操作会锁定 - 2f 和 + 2f 模式的相位,依此类推,直到增益带宽中的所有模式都被锁定。如上所述,典型的激光器是多模的,并且没有根模播种。因此需要多种模式来确定使用哪个阶段。在应用了这种锁 ...
锁模激光器的原理简介在一个简单的激光器中,每一个模式都独立地振荡,彼此之间没有固定的关系,本质上就像一组独立的激光器,它们都以略微不同的频率发光。每种模式中光波的各个相位都不是固定的,可能会因激光器材料的热变化等因素而随机变化。在只有少数振荡模式的激光器中,模式之间的干扰会导致激光输出中的拍频效应,导致强度波动;在具有数千个模式的激光器中,这些干扰效应趋于平均到接近恒定的输出强度。如果不是独立振荡,而是每个模式运行时与其他模式之间保持固定的相位差,则激光输出的行为会截然不同。激光模式将周期性地相互干涉,而不是随机或恒定的输出强度,从而产生强烈的光脉冲或脉冲。这种激光器被称为锁模激光器。这些脉冲 ...
系。基于飞秒锁模激光器,目前一般可以通过锁定其重复频率(frep)和载波包络偏移频率(fceo)来使得光梳梳齿稳定。虽然工作频率接近100MHz重复频率的光频梳正在成为一种成熟的技术,但重复频率为GHz的梳子仍然存在着大量挑战。首先,传统的激光器架构很难构建低噪声且重复频率>0.5 GHz的谐振结构。然而近期,Menhir Photonics提出其MENHIR-1550飞秒激光器可以作为飞秒脉冲光梳的稳定光源模块。其可以在100 MHz至5 GHz的重复频率下产生超低噪声的锁模脉冲,且生成的每一根频率梳线功率都大于50 μW。根据其实验室所提供的资料,利用该激光器所形成的光梳可以做到线宽 ...
系。基于飞秒锁模激光器,目前一般可以通过锁定其重复频率(frep)和载波包络偏移频率(fceo)来使得光梳梳齿稳定。frep主要由谐振腔的几何腔长L与介质折射率n决定,使用外加电压调控压电陶瓷制动器(PZT)的方法就可以实现对frep的锁定。相比之下,锁定fceo则更为困难,常见的方法是通过f-2f自参考过程,生成超连续谱将光谱展宽至至少一个倍频程,然后将低频倍频后与高频拍频测得fceo后接入锁相环反馈器件进行锁定。虽然工作频率接近100MHz重复频率的光频梳正在成为一种成熟的技术,但重复频率为GHz的梳子仍然存在着大量挑战。首先,传统的激光器架构很难构建低噪声且重复频率>0.5GHz的 ...
质低相位噪声锁模激光器,来满足高端基本时间常数变化应用研究的需求[14 16]。最近,长期相位稳定性和最佳噪声性能都在微波和光学频率之间的高精度合成中找到了新的应用,例如,在产生高纯微波的本振中,在同步激光微波网络中,以及在雷达系统中,[19]。对相位噪声性能的最终限制的关键,是通过对两个自由度fr和fceo的波动来控制设定的。考虑和基波波动对梳状线的贡献,各模态n的相位噪声功率谱密度(PSD)该表达式表明,单个梳模的相位波动是由这两个自由度的波动推导出来的。相位波动的影响对于扩大精密计量的范围至关重要。为了减少相位波动的影响,需要宽的动态范围和高调制带宽。通过使用快、慢压电传感器(PZTs) ...
纪,由于超快锁模激光器的进步,Sunney Xie和他的同事们率先将CARS9和SRS10用于无标签化学显微镜。从那时起,这些技术已被广泛用于化学、生物学和材料科学研究。 CARS和SRS有很多相似之处;这些非线性光学过程通常发生在相同的条件下,仪器设置也几乎相同。然而,也有一些不同之处;就像自发拉曼一样,CARS信号(图1,ωas反斯托克斯)与进入的激光束(ωp,泵浦,ωs斯托克斯)相比,发生在不同的波长。用短通滤波器很容易将信号与入射光分开。到达检测器的光子总量很小,更敏感的光子检测器,如光电倍增管(PMTs)被用来检测。然而,CARS受到由其他非共振非线性光学效应产生的背景的影响。这些效 ...
(opo)的锁模激光器。新一代基于光纤的系统,无论是基于光子晶体光纤或有源光纤激光器中的非线性频率转换,都承诺提高易用性和更低的成本,但目前使用这些系统需要在性能上进行权衡。相干拉曼显微镜的激发需要(至少)两个激光波长,其中一个波长必须是可调的,以匹配分子振动频率的差频。此外已经证明,用几皮秒的激光脉冲宽度激发CARS和SRS可以理想地平衡高效生成非线性信号所需的高峰值功率与相对狭窄的光谱带宽(<1 nm)的要求,以匹配分子振动的固有线宽。对于高速成像,至少需要10Mhz的重复频率,理想情况下应该更高。这是因为在视频速率成像中,数据是以每秒1000万像素的速度获取的,并且CARS至少需要 ...
所示。图1:锁模激光器振荡器中光场时域示意图。当激光器内存在多种频率的光,且它们的相位如果在某一时间点达到稳定一致,就实现了锁模,在它们相位相同的时间点激光器会输出峰值脉冲。设第q个频率的光振幅、角频率、初始相位分别为、、。在空间z=0处,的电场可表示为:激光器的所有光的总和电场表示为:由于激光器内的多模(频率)光之间的初始相位各异、因此多纵模激光之间的为非相干迭加。时域上光强无规则。但通过锁模技术使激光器谐振腔中的的多模光初始相位一致:设谐振腔内有共个模,又设相邻模式的角频率相差则其中为中心角频率,于是式(2)可以表示为:其中为多模激光器中的光总和电场表达式,如果初始相位一致可以表示为则式( ...
功率为几瓦的锁模激光器达到接近一太瓦的峰值脉冲功率。腔外调制本质上是光开关,可以打开和关闭光束,或者改变其强度,但这些不会影响潜在的激光性能。 腔外调制的应用范围很广,从工业材料的加工到共聚焦和多光子显微镜的科研应用,以及眼科手术等医疗应用。调制器也可用于脉冲选择,调制器从快速脉冲流中挑选出单个脉冲或猝发脉冲,随后放大。脉冲选择在科研和工业的超快激光系统中都有应用。调制技术早期对激光调制的尝试是基于机械或机电方法,如快门或快速倾斜检流镜,但这些方法对许多应用来说还不够快。因此,两种完全不同的快速调制技术最终被开发出来:这就是电光调制器(EOM)和声光调制器(AOM)。EOM——通常被称为普克尔 ...
了收益于恒波锁模激光器中的可饱和吸收层的全调制深度,脉冲能量必须足够高以让吸收层发生光漂白。为了满足这个条件,SESAM上的脉冲能量密度需要5倍于制造商提供的吸收层饱和值。SESAM上另一个重要的参数是损伤阈值,制造商用强度来表示它。损伤阈值限制了SESAM上的最小光斑尺寸。KGW激光典型输出功率是2W,我们设计输出耦合为10%,重复频率为56MHz,相应的腔内脉冲能量是0.36uJ。SESAM上的束腰接近250um,产生的能量密度是183uJ/cm2,这个值是饱和注入量70uJ/cm2的2.6X。使用r=500cm(M4)可以获得11.4X于饱和注入量的能量密度,并且能获得稳定的模式锁定,但 ...
对相互稳定的锁模激光器实现,通常被称为异步光采样(ASOPS)[8]。双光梳方法和ASOPS激光系统的一个显著区别是两个脉冲序列锁在一起的相位和定时的精度。因为双光梳锁模的发明,特别是在一个自由运行的激光腔产生两个光频梳,这个边界已经变得模糊。这种激光器最初是在光纤[9]和固态[10,11]增益材料中实现的,随后出现了大量的激光腔多路复用方法[12]。由于脉冲在同一腔内循环,它们经历类似的干扰,导致相关的噪声特性,这对于实际应用[13]来说已经足够了。类似地,与电子锁定异步光采样ASOPS系统相比,由于共腔结构和锁模激光器振荡器的优秀无源稳定性,有降低时间抖动的潜力[14,15]。此外,由于这 ...
,只不过是由锁模激光器产生的一种具有超短脉冲的激光信号,这种脉冲激光的特点是它拥有一系列频率分布均匀的频谱,这些频谱就像是一把梳子上的齿,因而被称作是光学频率梳。而且这种飞秒激光具有三个特点:超短的时域宽度、特别高的峰值功率和特别宽的光谱范围。基于飞秒光学频率梳的测量方法是一种比较有潜力的测量方法,也是目前各研究机构研究的主流技术之一。目前基于飞秒光学频率梳的测量方法的研究成果较多,一些研究也达到了较高的测量精度。美国国家标准技术研究院的Hall 教授和德国马普量子光学研究所的Hansch 教授通过对飞秒激光器载波包络相移频率及重复频率的锁定研制成功的光学频率梳及其在光学频率测量方面的应用分享 ...
图1(a)说明了ASOPS中信号检测的原理。顶部所示的曲线表示响应泵输入的样品表面温度,其重复率为fpump,周期为1/fpump。由点表示的每个连续探测脉冲相对于泵脉冲延迟时间δt =δf/(fpump-fprobe),其中δf = fpump–fprobe,也称为拍频。在信号的一个完整周期内采样的总点数为N = f probe/δf。更重要的是,这个采样过程在t = 1/δf的周期内自动重复。因此,ASOPS技术是电子示波器的光学模拟。例如,给定fpump= 80 MHz和频率偏移δf = 1 KHz,ASOPS将实现δt = 0.16 ps的延迟时间增量,完成一次全周期扫描的测量时间仅为 ...
末,由于超快锁模激光器的进步,谢尼(Sunney Xie)及其同事率先将CARS9和SRS10用于无标记化学显微镜。从那时起,这些技术已广泛用于化学,生物学和材料科学研究。 CARS和SRS有很多相似之处。这些非线性光学过程通常在相同条件下发生,并且仪器设置几乎相同。但是,有一些差异。就像自发的拉曼一样,CARS信号(图1中的ω为反斯托克斯)与入射光束(ωp,泵浦,ωs斯托克斯)的波长不同,使用短通滤波器很容易将信号从入射光中分离出来。到达检测器的光子总量很小,因此使用更灵敏的光子检测器(例如光电倍增管(PMT))进行检测。但是,CARS受其他非共振非线性光学效应所产生的背景的影响。 这些影响 ...
近日《中国激光》杂志社旗下《Advanced Optics》发布2019年被引用数量最多的10篇论文。此次为大家介绍一篇光学孤子方面入选的论文《Revealing the behavior of soliton buildup in a mode-locked laser》对于非线性系统,瞬态现象和瞬态动力学是一个非常重要的特征。比如在锁模光纤激光器中,虽然对于产生稳定的孤子序列已经有比较深入的了解,但是对于最初的孤子自激产生的研究,一直较为欠缺。主要原因是缺少对于瞬态过程的探测手段。近年来,随着时间拉伸技术的发展(Time-Stretch Dispersive Fourier Transfo ...
超短脉冲是由锁模激光器以脉冲序列的形式产生,其脉冲序列的重复率在10MHz到几GHz之间。由于各种原因,通常需要从这样的脉冲序列中选取某种脉冲。例如,只发送我们想要的脉冲而将其他所有脉冲剔除掉。这种需求便可以通过脉冲选择器/Pulse Picker来完成,而脉冲选择器/Pulse Picker本质就是一个电控光闸。脉冲选择器/Pulse Picker的类型在大多数情况下,脉冲选择器/Pulse Picker(电控关闸)可以是电光调制器也可以是声光调制器,外加相应的驱动器。EOM:对于电光设备,脉冲选择器/Pulse Picker由普克尔斯盒(EOM,Pockels)和一些偏振光学器件组成;普克 ...
TDS)采用锁模激光器(也就是光学主控振荡器)产生的超低噪声脉冲序列作为定时信号。光学主控振荡器的定时信号通过光纤定时链路从中心位置传输到多个终端站,这些终端站的传输延迟由平衡的光学交叉相关器稳定。高稳定性的计时分配系统对于各种大科学装置(如粒子加速器,同步辐射光源SSRF,自由电子激光器,量子网络,射电望远镜阵,激光放大器链等)基础设施有极为重要的意义。未来各种大科学装置对于计时分发的稳定性的要求将会越来越高。基于自由电子激光的最新一代高亮度超快X射线光源要求其分配到加速器和激光系统的射频信号具备<10fs的计时精度。 在粒子加速领域,基于MENHIR-1550 1550nm GHz ...
Hz)的主动锁模激光器,可提供稳定而可靠的光学时钟。系统提供用户友好的前置控制面板,可方便的通过旋钮调节输出激光的波长、脉宽、输出功率等参数。波长调谐范围为1530到1565 nm(覆盖整个C band);脉宽调节范围0.8-5皮秒;时间抖动低至50飞秒,谱宽接近脉冲变换极限;边模抑制比小于-75dB。激光输出功率>20毫瓦。产品主要特点:重复频率可调:5~42 GHz波长连续可调:1530~1565 nm脉宽连续可调:1.5~10 ps平均功率> 20 Mw接近脉冲变换极限线性偏振输出高脉冲对比度低时间抖动(time jitter)产品具体参数如下:此外,配合这款40GHz光采样 ...
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