被動鎖模是指在自由振盪雷射器諧振腔中插入可飽和吸收染料，通過其非線性吸收特性調節腔內的損耗，當滿足鎖模條件時，便可獲得一系列的鎖模脈衝。
基本介紹
- 中文名：被動鎖模技術
- 外文名：Passive mode locking technique
- 特點：脈寬更窄
- 套用：被動鎖模光纖雷射器
- 領域：物理學
簡介,被動鎖模技術類型,半導體可飽和吸收體,附加脈衝鎖模,套用,
簡介
在自由振盪雷射器諧振腔中插入可飽和吸收染料，通過其非線性吸收特性調節腔內的損耗，當滿足鎖模條件時，便可獲得一系列的鎖模脈衝。與主動鎖模相比，被動鎖模脈衝的脈寬更窄。染料的可飽和吸收係數隨光強的增加而下降，信號的透過率大於弱信號。強弱信號大致以染料的飽和光強來劃分。
被動鎖模技術類型
實現光纖雷射器被動鎖模的方法主要包括半導體可飽和吸收體被動鎖模、附加脈衝鎖模、非線性偏振旋轉被動鎖模等。
半導體可飽和吸收體
早在20 世紀70 年代， 可飽和吸收效應就已用於被動鎖模， 在附加脈衝鎖模技術出現之前， 它是實現被動鎖模的有效方法之一。其鎖模機制可描述如下：當脈衝通過吸收體時， 邊緣部分損耗大於中間部分，結果光脈衝在通過吸收體的過程中被窄化。為了清楚地理解可飽和吸收體鎖模的物理機制。
在低強度情況下， 當光子經過可飽和吸收體時被吸收， 結果一個電子躍遷到了高能級態， 很快這個電子就經過非輻射躍遷過程回到基態， 這樣吸收體又可以吸收其他光子。在高強度極限下， 可以想像為很多光子同時入射， 雖然一部分光子被吸收， 但它們有效地抽運並飽和了吸收介質， 因此其他入射光子薛繼敏. Q開關技術、被動鎖模技術研究[D]. 中國科學院西安光學精密機械研究所, 1991.可以無吸收地通過吸收介質。這樣就實現了阻止低強度光、通過高強度光的飽和吸收作用。光纖雷射器中常用的可飽和吸收材料是半導體吸收介質，可以採用單層或多層量子阱結構製成。半導體可飽和吸收鏡(SESAM) 是半導體可飽和吸收體和反射鏡的結合， 一般使用半導體布拉格層對構成底部反射鏡，頂部採用高反射介電膜層或直接使用空氣層作為反射界面， 可飽和吸收體夾在中間。可飽和吸收體利用其自身的相應恢復時間作為時間選通門來對雷射脈衝進行時間上的整形， 對於脈衝中能量較低的部分完全吸收， 引入損耗機制； 當脈衝中能量較高的部分通過， 達到可飽和吸收體的飽和吸收閾值時， 可飽和吸收體在強光的作用下吸收飽和被漂白而變得透明， 這樣使得後續部分得以在漂白恢復時間內無損耗地通過； 而當可飽和吸收體達到回響恢復時間， 重新恢復吸收特性後， 新的可飽和吸收過程便再次重新開始。另外， 還可以把半導體雷射放大器用作可飽和吸收體， 但要求它工作時的偏置電流必須低於閾值。這種方法產生的脈衝寬度一般為皮秒和飛秒級， 它雖然具有脈寬窄、結構簡單、緊湊、成本低、鎖模穩定、調整簡單等優點， 但是這種雷射器不是全光纖結構。
附加脈衝鎖模
附加脈衝鎖模是利用非線性放大環鏡(NonlinearAmplifying Loop Mirror ， NALM) 或非線性光纖環鏡(Nonlinear Optical Loop Mirror ， NOLM) 作等效可飽和吸收體。NOLM 環和NALM 環的基本結構都是Sagnac 干涉儀， 這種結構具有全光纖特性。NALM 是將一個放大器非對稱地置於耦合器的一側， 這樣進入耦合器的光被分成兩個傳播方向相反的光束， 其中一路光剛進入環路即被放大， 另一路則在離開環路時被放大， 由於自相位調製的作用這兩列相反方向傳播的光在NALM 內往返一次後獲得了不同的非線性相移， 而且相位差不是一個常數， 而是隨脈衝的色散形狀變化。這樣NALM 就具有了類似飽和吸收體那樣的強度相關的透射函式。
套用
被動鎖模光纖雷射器是一種高效的波長轉換器，可以將泵浦光波長轉換為所摻稀土離子的激射波長。
自從 1958 年雷射器的出現，基於此的光學和光電子學等幾個領域相繼興起，特別是超快光學的興起，超快光學中可以在鎖模雷射器中產生超短的脈衝。這樣的超短脈衝在光通信領域，可以實現長距離超高速的傳輸。於 1963 年，第一台被動鎖模雷射器成為了人們研究的熱點。最近，光纖雷射器由於其結構緊湊靈活吸引了光通信光感測領域研究者們的注意。被動鎖模光纖雷射器是一種非線性全光纖的雷射器件，可以實現腔內不插任何調製器之類的器件的情況下輸出超短脈衝。
被動鎖模光纖雷射器能夠輸出超短脈衝，它結構簡單、體積小、與光纖容易兼容，而且製作成本較低，同時也擁有一般的超短脈衝固體雷射器的優點。被動鎖模光纖雷射器工作時光纖中出現多種非線性效應，能使纖芯內產生很高的功率密度，使其輸出的光譜波長範圍更寬。它的這些優越的性能，使它在未來的遠距離光纖通信，雷射武器，光纖感測等方面有重要的意義。
