聲光鎖模器的工作原理

聲光鎖模器是一種駐波型聲光調(diào)制器。利用聲光鎖模器插入激光腔內(nèi)實現(xiàn)振幅調(diào)制鎖模，當聲光鎖模器的調(diào)制損耗頻率選為C/2L時，使其調(diào)制周期正好是光脈沖在腔內(nèi)來回一周所需的時間。因此諧振腔中往返運行的激光束在通過聲光鎖模器的行程中總是處在相同的調(diào)制周期部分內(nèi)。當聲光鎖模器的調(diào)制損耗最大時通過聲光鎖模器的那部分光脈沖每往返一次就遭到一次同樣的損耗。若損耗大于腔內(nèi)的增益，這部分光波最后就會消失。而在聲光鎖模器的調(diào)制損耗為零時通過的那部分光波每次都能無損耗地通過，并且該光波在腔內(nèi)往返通過工作物質(zhì)時會不斷得到放大，使振幅越來越大。如果腔內(nèi)的損耗控制得當，那么將形成脈寬很窄、周期為2L/C的脈沖序列輸出。

超短脈沖技術(shù)是物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、光電子學(xué)以及激光光譜學(xué)等學(xué)科對微觀世界進行研究和揭示新的超快過程的重要手段。主動鎖模是產(chǎn)生超短激光脈沖的主要技術(shù)之一。在激光諧振腔中，當產(chǎn)生激光振蕩時，在某一頻段內(nèi)的許多縱模都能獲得增益而振蕩，輸出激光束內(nèi)包含了大量的縱模。激光束的頻率就取決于諧振腔的縱模頻率，它們之間是等間隔的，相鄰兩縱模頻率之間的間隔取決于光腔的長度，有反比例關(guān)系。各縱模的位相是隨機分布的，輸出總光強是各縱模光強之和。

實現(xiàn)超短激光脈沖的鎖模方式很多，包括:可飽和吸收染料鎖模、主動鎖模、碰撞鎖模、自鎖模、被動鎖模、主動加被動鎖模、雙鎖模(損耗調(diào)制加相位調(diào)制)、鎖模加調(diào)Q以及同步抽運鎖模等。聲光鎖模器使用駐波型聲光調(diào)制器，在實際應(yīng)用中由于對衍射效率的要求通常不需要太高，所以較多采用拉曼-奈斯型衍射，避免了器件調(diào)整布拉格角的麻煩。聲光鎖模器同聲光Q開關(guān)一樣都是在激光腔內(nèi)使用，由于激光在振蕩時多次通過聲光介質(zhì)，介質(zhì)的光學(xué)透過率對整個激光腔的損耗影響非常大，為盡量減小聲光調(diào)制器引入的通光損耗，應(yīng)盡可能減小聲光介質(zhì)表面的反射損耗。聲光鎖模器對要求偏振輸出的激光器鎖模特別適用，在設(shè)計時可直接將聲光介質(zhì)的通光面加工成布儒斯特角，這樣既可以很方便實現(xiàn)激光的偏振輸出又能使激光腔的靜態(tài)損耗做得非常小 。

聲光鎖模器最關(guān)鍵的特性指標是工作頻率的穩(wěn)定度和調(diào)制波的紋波系數(shù)。聲光鎖模器的工作頻率的穩(wěn)定度是激光器是否失鎖和鎖模的穩(wěn)定性的關(guān)鍵，調(diào)制波的紋波系數(shù)的大小決定了鎖模輸出的激光脈沖的波形和脈沖的穩(wěn)定性。

聲光鎖模器的工作頻率的穩(wěn)定度指標主要由兩個方面的因素決定，一是聲光驅(qū)動源輸出射頻功率信號的穩(wěn)定性，二是聲光介質(zhì)的熱穩(wěn)定性。因此在制作中，聲光驅(qū)動源設(shè)計中采用了高穩(wěn)定性的晶體振蕩器和高穩(wěn)定性的鎖相環(huán)電路，首先，聲光器件應(yīng)采取適當?shù)纳岽胧┗驕乜匮b置確保器件工作時介質(zhì)的溫度變化不大;其次，聲光介質(zhì)也應(yīng)選用溫度系數(shù)小的材料。調(diào)制波的紋波系數(shù)的大小主要受以下幾個原因影響:驅(qū)動電源輸出信號的諧波、聲光器件和驅(qū)動電源之間的阻抗匹配、聲光介質(zhì)通聲面加工精度。

聲光鎖模激光器是時域應(yīng)用方面產(chǎn)生超短脈沖的工具，聲光鎖模方式輸出的激光脈沖具有高穩(wěn)定性、高平均功率、高重復(fù)頻率、方便實現(xiàn)電控、溫度特性好、壽命長的特點，因此在閃光燈作為主要抽運方式的年代，曾經(jīng)是熱門的研究內(nèi)容，并被廣泛用來進一步抽運染料激光器從而產(chǎn)生飛秒脈沖。近年來，隨著固體飛秒激光技術(shù)的快速發(fā)展，主動鎖模激光器由于固有的百皮秒量級的脈沖寬度，逐漸受到冷遇。但在某些應(yīng)用領(lǐng)域，如抽運OPCPA、作為大能量全固態(tài)脈沖激光的抽運源、某些材料的超快過程研究等，脈寬達數(shù)百皮秒的聲光鎖模高穩(wěn)定性光源是最理想的光源。近年來，由于光纖通信的迅猛發(fā)展和要求，光纖激光器備受青睞，主動鎖模光纖激光器是通信產(chǎn)生高重復(fù)頻率脈沖的首選技術(shù)之一。主動鎖模光纖激光器就是指在激光腔內(nèi)插入主動的調(diào)制器件(聲光鎖模器、LiNbO3調(diào)制器)或外界有相關(guān)脈沖注入，利用這些主動因素進行調(diào)制來實現(xiàn)鎖模。高性能的主動鎖模光纖激光器顯示出許多明顯的優(yōu)勢:一方面光纖激光器的腔結(jié)構(gòu)比較靈活，腔內(nèi)可調(diào)參數(shù)多，能夠很方便地利用主動鎖模技術(shù)產(chǎn)生滿足各種要求的高重復(fù)頻率的超短脈沖;另一方面，光纖具有明顯的非線性，合理利用這些特性不僅能方便地實現(xiàn)被動鎖模，而且能有效地改善主動鎖模的質(zhì)量。這種鎖模激光器可在波分復(fù)用光纖通信網(wǎng)絡(luò)中用作多波段光源 。