注入锁定

2021-03-15 14:13:25 浏览:873

定义

通过将光注入到特定频率工作的激光谐振腔中来提高激光器的性能,注入光频率与激光频率相等。

注入锁定技术主要应用到单频连续波激光器中,当需要将高输出功率与低强度噪声和相位噪声同时满足时。仅仅是低噪声,或者单频工作在高功率激光器都很难实现,因为激光器易于受到机械振动的影响,不能采用低噪声的泵浦光源,而且还会受到热学效应的影响。另外,也不能再激光谐振腔中加入光滤波器,因为滤波器会降低功率效率并且也不能在高功率时正常工作。

理论上,可以采用低噪声低功率的激光器,然后放大其输出光,例如,采用一个高功率光纤放大器。然而这一方案存在一些基本的实际的问题。尤其是无法避免的放大器噪声在一定程度上会提高噪声水平,因此不能达到标准的量子噪声水平。另外,如果总体的放大系数很大,则需要多级放大器(也就是放大器链)。还有,光纤的非线性问题在单频工作时更加明显(受激布里渊散射)。

图 1 注入锁定环形激光器系统。谐振腔中的电子反馈装置用来防止共振偏离种子激光频率太远。 

注入锁定是解决这些问题的一个不同的方案。高功率的输出是由一个高功率激光器(不包含放大器)产生的,称为从属激光器,其噪声可通过注入一个低噪声低功率的主激光器(或者种子激光器)的输出显著减小。假设主激光器和从属激光器的频率非常接近,注入光会迫使从属激光器严格工作在注射频率,并且噪声很小。注入功率越高,种子激光器和从属激光器共振频率允许的差值越大。采用这种方法可以得到接近于量子极限的强度噪声和相位噪声。

注入锁定的激光器的振荡模式通常是高斯模,也可以提高一些高阶模式的性能。

注入锁定并不单单是种子注入,它是指辐射严格为种子激光器频率。无频率锁定的种子注入通常应用于调Q激光器和光参量振荡器中,有时会被误称为注入锁定。

自注入锁定

自注入锁定有时与以上描述的技术有关。然而,这时种子信号来源于同一个激光器,而不是来自于外置的种子激光器。也就是说激光谐振腔接收到一些光反馈,通常会进行光谱滤波。 例如,将包含一些窄带光纤布拉格光栅的光纤连接到激光二极管上可以得到滤波后的光反馈。另外还可以采用将输出耦合器和外置反射器的结合作为一种Fabry-Perot干涉仪,形成强烈依赖于频率的输出耦合器。这时输出耦合器和外置反射器的间距很重要,因为它决定了干涉仪的带宽。激光器带宽相比于不采用外置反射器的情况会大大的减小。

在有些情况下,自注入锁定被应用到一些领域,采用自种子注入更合适。

参考文献

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参阅:种子注入、激光器的稳定、带宽、单频激光器、激光器噪声、相位噪声、种子激光器、从属激光器、方法、脉冲

激光器

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