高分辨
光谱分辨：, 时间分辨：t
空间分辨 r
高斯线型
取自《数学手册》p.188
Fourier变换

G() g(t)eitdt

g(t)
1

G()eitd
2
半周期
T a 1
T 2
半高宽
T 2 ln 2
4 ln 2 T =8ln 2
自由讨论：
1，什么是Fourier变换？ 2，什么是光泵？ 3，描述脉冲光的物理参量有哪些？单位分别是什么？ 4，什么是幅度调制？可以利用什么办法实现？会出现 什么结果？ 5，什么是光的相干？ 6，测量脉冲光的仪器有哪些？
第十一章 时间分辨激光光谱
• 超短激光脉冲的产生 • 超短激光脉冲的测量 • 寿命测量 • Pump-probe技术
主动锁模：用电光、声光元件进行调幅（损耗）、调相。 被动锁模：放置饱和吸收材料于腔内 自发锁模：多个纵模间的非线性作用
主动锁模 调制器振幅（损耗）调制
单色光 幅度调制频率
腔模
两边带
如果调制频率等于腔模间隔 f c / 2d
如果多次经过声光调制器 0 f 0 2 f 0 3 f ......
d 0 T 0.5 ps d 1um T 1ps
不同方式产生短脉冲激光
五、飞秒激光 0.8
1014 Hz,
T
1


8 3
fs
@ =600nm, 5 1014 Hz, T 2 fs
1、碰撞脉冲锁模（colliding-pulse mode locking, CPM）
在环形腔中，放大A1和吸收A2点间 距为总长的1/4。两相反方向传播的 光脉冲在吸收A2处叠加。形成相涨 相干，形成驻波。 1，吸收介质薄，光通过时间短～ 400fs (d<100um) 2，在驻波中，光强吸收少，光弱吸 收大脉冲压窄。
两脉冲部分重叠，光强 和吸收调制大
t 0
两脉冲完全重叠，光强 和吸收调制小
脉宽
线宽
吸收材料
用锁模激光做同步泵浦 用脉冲激光器L1去泵浦另一激光器L2，
L1
L2
激光器L1的脉冲重复间隔
激光器L2的脉冲重复间隔 T 2d2 / c
d1 d2
同步泵浦
氩离子激光 器泵浦
燃料激光 器输出
由于饱和效应，输出脉冲 比泵浦脉冲短：可以获得 <1ps的光脉冲 脉宽
T d d1 d2
电光效应：电场使晶体的介电张量发生变化，导致折射率 n变化（光率体发生畸变）。
n n0 E0 E02
二次(平方)电光效应[Kerr效应] 一次(线性)电光效应[Pockel 效应]
偏振旋转角
P1, P2偏振方向交叉：
a，实验装置图 b，短脉冲图
三、腔倒空
目的： 从CW激光器中产生脉冲序列
这些模式相干震荡，相位耦合，在t时候到达最大时，经过2d/c时也到达最大
声光调制器
透过光强 透过光强幅度
调制幅度
如果 增益宽度
模式间隔 输出光强总幅度
对应下一个腔模频率 对应下一个腔模幅度
震荡模式数量
模式间隔
脉宽
5个模式锁定 15个模式锁定
被动锁模 腔内非线性饱和吸收材料的周期性饱和
原理（起伏模型）： 自发辐射（光强无规起伏）非线性饱和效应吸收材料对弱的 吸收大对强的吸收小 产生周期脉冲 (<ps)
脉冲重复率
虚线
四、激光器的锁模 自由光谱程
c
模间距（周期）
2L
T 1
调Q： 几十几百倍 2L / c
目的： 获得更窄更强的激光脉冲
T 腔倒空： 2L / c 锁模： 2L / mc (m为模数)
原理： 在一般的脉冲或调Q激光器中，各振荡纵模独立输出能量，模之间 的位相关系不固定，输出为功率相加(mP)。锁模是使各振荡模满足频域相 干叠加条件：（1）模间隔一定；（2）相对位相固定。这样多纵模在腔内 时间相干、振幅叠加，使得总功率出现时间上相对集中短脉冲(ps)。
2、Kerr透镜锁模Kerr lens mode locking, KLM (<100fs)
折射率
电场诱导非线性极化
1，光强处诱导折射率大，光更加汇聚 Kerr lens focusing 2，脉冲入射光时间脉冲上中间部分的 光较强，Kerr汇聚效果更加明显，对应 与空间分别的中间部分。 3，利用光阑将空间周围低光强部分虑 掉，相当于将时间脉冲上脉冲头和脉冲 尾虑掉脉宽压窄
0.883* 2
超快现象
激发态的消激发； 非平衡态向热平衡态的弛豫； 分子预解离； 飞秒化学； 视觉过程； 光合作用； ………….
第9.1节 超短激光脉冲的产生
非相干光源的脉冲宽度受激发（放电）电子线路脉宽的限制(ms, ns)；
而超短光脉冲的产生借助于激光的相干性，可远小于电学脉宽也可以小于泵浦光脉冲 (fs, as)。
一、脉冲激光的时间线型
脉冲激发Pp(t)导致脉冲粒子数反转N(t)，从而产生脉冲激光输出PL(t)，但是激光PL(t) 又降低粒子数反转N(t)
Pp(t) N(t) 受激发射激光 PL(t) N(t)
i, k << p 宽脉冲激光
染料激光器
泵浦光上升时间
i, k << p ,i > k 自熄火激光
N2激光器
和泵浦光步调一致，稳定光脉冲
基态i 粒子数保持，激发态k粒子容易清除， 在光泵光减少之前，激光已经停止
I, k >> p 多尖峰脉冲激光 灯泵红宝石激光器
粒子数反转快速建立，受激辐射破 坏粒子数反转
二、调Q
高损耗、低Q值 低损耗、高Q值
目的： 消除尖峰效应，产生强的 窄脉冲激光。
原理： 抽运过程中Q值低，当反 转粒子数达到最大值时突然提高 Q值，此时增益比降低了的阈值 高许多，振荡场迅速建立，产生 雪崩过程，受激辐射很快耗尽反 转粒子数。
Q 0 Ptotal Ploss
1，快速转动腔镜，实现Q开关
2，利用电光效应调Q
原理： 连续运转 (CW) 时Q值高，激光输出小，腔内功率高；突然降低Q 值，腔内储存的能量很快释放，形成脉冲。
第一次经过晶体： 折射 透射
第二次M3反射经过晶体： 折射 透射
折射率正比于声波调制幅度 (t) Is
经过M2, prism反射输出
缺点：在脉冲线性里面，包含2 频率调制信号
举例 脉宽