第七章激光技术解读.ppt

2.旋光现象的物理成因 当一束线偏光通过时，分解为左旋圆偏光和右旋圆偏光，它们通过厚度为L的介质之后产生的相位延迟分别为： 通过介质后，又合成一线偏光，其偏振方向相对于入射光旋转了一个角度： 注意：磁致旋光效应的旋转方向仅于磁场方向有关，而与光线传播方向的正反无关。因此，当光通过磁光介质时，只要磁场方向不变，旋转角都朝一个方向增加。而晶体的双折射效应产生的自然双折射现象，当光束往返穿过晶体时，因旋转角相等方向相反而互抵消。 * 二、磁光调制与磁光隔离器 磁光调制：先将电信号转换成与之相对应的交变磁场，再由磁光效应改变在介质中传输的光波的偏振态，从而达到改变光强度等参量的目的。 * 让偏振片P1与P2的透振方向成 45°角，调整磁感应强度B，使从法拉第盒出来的光振动面相对P1转过 45°，于是，刚好能通过P2 ；但对于从后面光学系统各界面反射回来的光，经P2和法拉第盒后，其光矢量与P1垂直，因此被隔离而不能返回到光源。 * 小结 电光调制物理基础——电光效应 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光场通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变。 声光调制物理基础——声光相互作用 声波在介质中传播时，介质的折射率沿声波的传播方向发生周期性变化；当光波通过此介质时会产生光的衍射。衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。 磁光调制物理基础——法拉第效应 本来不具有旋光性的介质，在强磁场作用下产生旋光现象，改变在介质中传输的光波的偏振态，从而达到改变光强度等参量的目的。 * §7.5 调Q技术 一、引入 二、调Q原理 三、电光调Q激光器 四、可饱和吸收调Q激光器 * 一、引入 现象：一般固体脉冲激光器存在弛豫振荡现象，输出激光为一无规尖峰脉冲序列，其总的脉冲宽度持续几百微妙甚至几毫秒，峰值功率只有几十千瓦的水平。 目的：将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术。 作用：峰值功率达到兆瓦级，脉宽达到纳秒级。 应用：激光精密测距、激光雷达、告诉摄影、高分辨率光谱学研究等。 * 1961年底，邓锡铭几乎与国外同时，独立提出了高功率激光Q开关原理。 把Q开关比喻为一个稍有漏水（自发辐射跃迁）的抽水马桶，当水箱被灌（光泵注入能量）满之后水箱地步的盖快速揭开（Q值突变），水（激光能量）就一涌而出（激光峰值功率输出）。 采用调Q技术很容易获得峰值功率高于兆瓦、脉宽为数十纳秒的激光巨脉冲。 * 谐振腔品质因子Q 调Q技术就是通过某种方法使腔的Q值（损耗）随时间按一定程序 变化的技术。 * 二、调Q原理 （1）能量储存过程： 在泵浦开始时使谐振腔的损耗增大，即提高振荡阈值（G=L/δ），使振荡不能形成，上能级的反转粒子数密度Δn大量积累。 （2）激光产生和输出过程： 当积累到最大值（饱和值）时，突然使损耗变小，Q值突增，激光振荡迅速建立，腔内很快建立极强的振荡，在短时间内Δn大量被消耗，转变为腔内的光能量，同时在输出镜端就有一个极强的激光脉冲输出。 在此过程中，弛豫振荡一般是不会发生的，输出脉冲一定时脉宽窄（10-9-10-8s）、峰值功率高（大于MW）。这种脉冲称为巨脉冲。 * 1.Q开关激光器 第一阶段：储能阶段，降低Q值，积累反转粒子数，相当于Q开关关闭状态 第二阶段：输出激光阶段，增大Q值，使输出激光，相当于Q开关打开状态 激光介质 转镜 半反 激光介质 激光 转镜 半反 第一阶段： Q开关关闭 第二阶段： Q开关开启 * 2.Q开关激光器的特点 通过改变Q值——改变阈值，控制激光产生的时间 两阶段——储能阶段+激光产生输出 开关时间——从Q值最小变到最大Q值即损耗从最大变到最小需要的时间。 开关时间对激光脉冲的影响很大，按开关时间的大小分为快、慢两种类型。 * 三、电光调Q激光器（KDP晶体） 1.电光调Q原理 电光调Q装置示意图 利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子的反射损耗 沿晶体光轴方向z施加一外电场E , 入射到晶体表面时光束分解为等幅的x’和y’方向的偏振光,在晶体中二者具有不同的折射率η’x和η’y。经过晶体长度d距离后,二偏振分量产生了相位差δ： * 第一阶段 反转粒子数的积累阶段-Q开关关闭 当δ=π/2时，所需电压记作Uλ/4. 线偏振光经电光晶体后,沿x’和y’偏振分量产生了π/2延迟（偏450）,经反射后再次通过晶体又产生π/2延迟,合成后虽仍是线偏振光,但偏振方向垂直偏振器的偏振方向,不能通过偏振器。 第二阶段 输出激光-Q开关开启 突然撤去电光晶体两端的电压,则偏振光的振动方向不再被旋转，相当于光开关被