聲光鎖模器

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(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制鎖模，當(dāng)聲光鎖模器的調(diào)制損耗頻率選為C/2L時(shí)，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(shí)間。因此諧振腔中往返運(yùn)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(dāng)聲光鎖模器的調(diào)制損耗最大時(shí)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(huì)消失。而在聲光鎖模器的調(diào)制損耗為零時(shí)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(shí)會(huì)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(dāng)，那么將形成脈寬很窄、周期為2L/C的脈沖序列輸出。

聲光鎖模激光器是時(shí)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(shí)現(xiàn)電控、溫度特性好、壽命長的特點(diǎn)，因此在閃光燈作為主要抽運(yùn)方式的年代，曾經(jīng)是熱門的研究內(nèi)容，并被廣泛用來進(jìn)一步抽運(yùn)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(dòng)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(yùn)OPCPA、作為大能量全固態(tài)脈沖激光的抽運(yùn)源、某些材料的超快過程研究等，脈寬達(dá)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(dòng)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(dòng)鎖模光纖激光器就是指在激光腔內(nèi)插入主動(dòng)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(dòng)因素進(jìn)行調(diào)制來實(shí)現(xiàn)鎖模。高性能的主動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模，而且能有效地改善主動(dòng)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 。

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(jìn)行研究和揭示新的超快過程的重要手段。主動(dòng)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(dāng)產(chǎn)生激光振蕩時(shí)，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(jī)分布的，輸出總光強(qiáng)是各縱模光強(qiáng)之和。

實(shí)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(dòng)鎖模、碰撞鎖模、自鎖模、被動(dòng)鎖模、主動(dòng)加被動(dòng)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(yùn)鎖模等。聲光鎖模器使用駐波型聲光調(diào)制器，在實(shí)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(shí)多次通過聲光介質(zhì)，介質(zhì)的光學(xué)透過率對整個(gè)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(jì)時(shí)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(shí)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(biāo)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(biāo)主要由兩個(gè)方面的因素決定，一是聲光驅(qū)動(dòng)源輸出射頻功率信號(hào)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(dòng)源設(shè)計(jì)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(dāng)?shù)纳岽胧┗驕乜匮b置確保器件工作時(shí)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(gè)原因影響:驅(qū)動(dòng)電源輸出信號(hào)的諧波、聲光器件和驅(qū)動(dòng)電源之間的阻抗匹配、聲光介質(zhì)通聲面加工精度。