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被动锁模
被动锁模
固体激光器的被动锁模:
在腔内放一个装有机染料的染料盒，依靠有机染料的饱和吸收过程（有机染料的饱和吸收原理在Q开关中已经讲过），染料的吸收率是频率和光强的函数。
时域的分析
频域的分析
和Q开关的区别
① 染料的激发态寿命不同
② 染料盒紧靠全反镜
被动锁模的物理过程
由不规则的脉冲演变为锁模脉冲的物理过程大致分为三个阶段。
（一）线性放大阶段
各模式振荡（由光的随机起伏－相位固定过度）,增加强弱脉冲的差别，甚至使弱脉冲消失。
特点：初始阶段，有机染料未饱和－非线性吸收光波场－自发辐射的荧光－G>　时，产生激光，在激光介质中线性放大-增益未饱和。
自发辐射的荧光几乎包括腔内所有模式，频谱宽，但光强弱，随着的增加，当G> 　时，产生激光，激光强度波形涨落形式，腔内总电场可表为各模式电场之和。各模之间的相位无规则分布.
在一周期2L/c时间内，光波通过有机染料、激活介质各一次。强脉冲吸收的少，弱脉冲吸收的多-非线性吸收；在激活介质中，强脉冲放大的多，弱脉冲放大的少－线性放大，因此强脉冲加强，弱脉冲光强减少，甚至消失，脉冲个数减少，频谱变窄－这种变化的周期2L/c 。
结果：脉冲个数减少，频谱变窄，放大的强信号变得平滑和加宽。
注意：由于吸收饱和的光强要比腔中刚开始振荡的光强高若干数量级，因此线性区比较长。
（二）非线性吸收阶段（进行相位固定阶段）
特点： 染料，强脉冲使染料饱和，弱脉冲不能使染料饱和－
非线性吸收－主要作用。
工作物质－增益G未饱和－线性放大。
在此阶段存在三个重要作用
ⅰ）强脉冲的强度能使染料饱和－损耗少（相对值小）。弱脉冲不能使染料饱和－吸收的多－在I未达到Is，工作物质中线性放大的少。结果脉冲个数减少到1－2个（频谱窄）。
ⅱ）从时间域看，脉冲的宽度变窄，对脉冲的前后沿有压缩，当驰豫时间即染料的上能级 ≤脉宽时，脉冲的前后沿吸收也不同。
ⅲ）从频谱 加宽频谱－脉冲经过染料，激光介质时，可以激发更多的边频耦合了更多的模式，这时腔内的损耗具有周期形 。
（三）非线性放大阶段（主要压缩脉宽阶段）
特点：染料饱和
　工作物质，增益饱和－非线性放大
由于脉冲强度进一步增大，耦合的模式增大，脉冲前沿的光可使染料饱和，前沿变陡。对于激活介质来说，介质增益饱和，强脉冲通过放大介质时，前沿中心部位放大的多，脉冲后沿可能放大的少，经过几次放大过程－前后沿变陡－脉冲变窄。弱脉冲进一步受到抑制，最后腔中剩下一个脉冲振荡。
从形成过程看，被动锁模是由很多脉冲相互竞争的结果。脉冲的出现是随机的，造成每一次输出不同。受染料的浓度，泵浦光源，谐振腔的结构，调整误差影响。
锁模脉冲的形成
ta－线性阶段开始，tb－非线性阶段开始，tc －非线性放大，
增益饱和。td－增益降至阈值，到达最大光强，脉冲的包络振
幅，由饱和光强和反射镜的透过率决定。
被动锁模在脉冲激光器中进行，输出的脉冲序列包络和被动Q
开关脉冲相似。
被动锁模的过程
(1)频谱：宽频谱－窄－宽
(2)光强：光的随机起伏－光有规律－形成一个脉冲。
(3)相位－由相位随机－相位固定。
特点：
优点：被动锁模的结构简单，不需要人为的控制。
缺点：稳定性差。输出的强度不稳定。
被动锁模固体激光器的结构
为了消除标准具效应，应格光学元件表面切成布儒斯特角
用于锁模的可饱和染料必须具备如下条件(a)染料的吸收诺线与激光波长相匹配(b)其吸收线的线宽大于或等于激光线宽。(c)其弛豫时间短于脉冲在腔内往返一次的时间
泵浦功率以略高于激光阈值为宜
染料激光器的被动锁模
被动锁模染料激光器的结构
被动锁模染料激光器的工作原理
与固体染料激光器的不同之处
用闪光灯泵浦的染料激光器的谐振腔结构
染料激光器腔内参数对锁模的影响
锁模的稳定区范围与吸收损耗和增益的大小成正比。较大的吸收损耗产生较宽的稳定区，这时需要提高泵浦功率。
稳定区范围非常敏感地依赖于在谐振腔内的周期与弛豫时间之比
锁模染料激光器的光学元件
连续光泵浦被动锁模染料激光器的结构

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