摘 要

本设计完成了对Nd：YAG饱和吸收锁模的锁模效果的理论分析、仿真与分析、实验测量与分析。用Matlab绘制在锁定模式数目N不同时，锁模脉冲的图形，分析锁定模式数目N对锁模效果的影响。用扫描干涉仪测量锁模的模式数目，进行定标分析。完成饱和吸收锁模，用示波器测量锁模波形，测量峰值功率和脉冲宽度，用光谱仪测量锁模激光光谱，定量分析锁模效果。

论文主要研究了Nd：YAG饱和吸收锁模激光器的脉冲宽度和峰值功率，重点分析锁定相位关系的模式数目N对锁模效果的影响。

研究结果表明：Nd：YAG饱和吸收锁模激光脉冲宽度为4，峰值功率为2.32W。锁定模式数目N越大，锁模脉冲的峰值功率就越大、脉冲宽度越小。

本文的特色：模拟与实验结合，分析并测量锁模效果，确定影响锁模效果的关键参数N及其理论依据与实验测量方法。

关键词：饱和吸收锁模；锁定模式数；峰值功率；脉冲宽度

Abstract

Theoretical analysis, simulation and analysis, experimental measurement and analysis of the locking effect of the Nd:YAG saturated absorption mode locking are completed in this design. Using Matlab to draw the number of N in the lock mode is not at the same time, the pattern of the locking pulse, analysis of the number of lock mode N on the effect of the lock mode. The mode number of mode locking is measured by scanning interferometer. The mode of mode locking is measured by the oscilloscope, the peak power and the pulse width are measured, and the mode locking laser spectrum is measured by spectrometer.

In this paper, the pulse width and peak power of Nd:YAG saturable absorption mode locked laser are studied, and the effect of mode number N on the mode locking effect is analyzed.

Research results show that: Nd:YAG saturation absorption mode locked laser pulse width of 4, the peak power of 2.32W. The greater the number of locked mode N, the greater the peak power of the mode locking pulse, the smaller the pulse width.

Characteristics of this article: The combination of simulation and experiment, analysis and measurement of the effect of the mode locking, determine the key parameters affecting the effect of the mode locking N and its theoretical basis and experimental measurement method.

Key words：saturable absorber；lock mode number；peak power；pulse width

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究现状及进展 1

1.2 激光锁模的应用 1

1.3 锁模效果分析的内容和方法 2

第2章 锁模理论与模拟 3

2.1 Nd-YAG饱和吸收锁模激光器 3

2.2 锁模特征参数计算 4

2.2.1 激光锁模脉冲峰值功率 4

2.2.2 激光锁模脉冲宽度 5

2.2.3 锁定模式数目N 5

2.3 锁模效果的Matlab仿真 6

2.4 小结 11

第3章 锁模效果的实验测量 12

3.1 扫描干涉仪测定锁定模式数目与相位关系 12

3.1.1 仪器设备与实验方法 12

3.1.2 实验结果 14

3.2 峰值功率和脉冲宽度的测量 16

3.2.1 实验设备与方法 16

3.2.2 实验结果 20

第4章 实验结果分析 24

4.1 锁定模式数目的实验结果分析 24

4.2 峰值功率和脉冲宽度的测量结果分析 26

第5章 结论 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究现状及进展

激光锁模的初次实现是在1964年底，对He-Ne激光器实现了锁模并获得了的激光脉冲序列，而被动锁模的初次实现则是在之后一年在红宝石激光器上完成的。激光锁模技术又被称为超短激光脉冲产生技术，而超短脉冲是指脉冲宽度低至级别的激光脉冲。就在实现锁模的第三年，即1966年，钕玻璃激光器上第一次实现了皮秒量级的锁模脉冲，这是超短脉冲技术的一个重大突破与进展。各类锁模方法与理论在60年代中后期逐步建立，到了70年代，各种锁模方法，如主动锁模、被动锁模、混合锁模迅速发展，渐渐被放入实际应用，锁模技术进入成熟期。激光脉冲飞秒量级()的首次实现是上世纪80年代在染料激光器中实现的；飞秒激光技术的飞跃发展是在90年代初，克尔透镜锁模飞秒钛宝石激光器的出现之后，其发展主要表现在脉冲宽度的急剧缩小与峰值功率的大幅度提高。发展至今，激光锁模的脉宽已经从最初的理论上的3fs，实际上100fs左右缩短到了今天的接近单周期的脉宽小于3fs，而且通过高次谐波产生的激光脉冲，其脉冲宽度甚至已经缩短到了惊人的阿秒（attosecond，）量级。与此同时，脉冲的峰值功率也得到了飞跃式的发展，从最开始的兆瓦()提升到了超过拍瓦（PetaWatt，）^[1-2]。

1.2 激光锁模的应用

激光锁模的应用主要包括超短脉冲技术和飞秒激光技术的应用。超短脉冲技术的发展推动了很多学科和科学的发展，如物理、化学、材料和信息科学等，并促进这些学科和科学的研究进入微观领域，同时还挖掘出了完全新生的研究方向，比如飞秒化学、半导体相干光谱等。在此同时，超短脉冲技术在光纤传感、激光医疗、激光武器、惯性约束核聚变、光学、全色显示等领域都有至关重要的应用。飞秒激光技术的应用开发与持续创新发展，在目前国际激光技术甚至当代科技中也是一个至关重要的前沿领域，同时也是我国具备很好根基的科学领域。飞秒激光器的应用涉及很多科学技术的前沿，例如超快乃至极端超快非线性光学前沿、相对论性非线性物理与光学、量子相干操控原子与电子、强场与超强场科学技术、强场核物理与天体物理；与此同时，在相关战略高技术方面涉及的有突破飞秒()级壁垒的阿秒()科学新原理、小型化超高梯度粒子加速度新方案、激光核聚变“快点火”新途径、太赫兹相干辐射产生新机理、超短波长超快台式相干辐射源新机制、飞秒频率梳新技术等。除此此外，飞秒激光技术在材料、信息、生命与环境科学等交叉学科前沿领域也有非常重要的应用，例如超快乃至极端超快信息光子技术、超快生物医学光子学、三维维纳结构制备及技术、四维电子显微技术、飞秒白光雷达、飞秒化学反应动力学等^[1-2]。

1.3 锁模效果分析的内容和方法