激光调Q技术解读.ppt

在泵浦过程的大部分时间里谐振腔处于低Q值状态，故阈值很高不能起振，从而激光上能级的粒子数不断积累，直至 t0时刻，粒子数反转达到最大值△ni，在这一时刻，Q值突然升高(损耗下降)，振荡阈值随之降低，于是激光振荡开始建立。由于此时△ni △nt(阈值粒子反转数)，因此受激辐射增强非常迅速，激光介质存储的能量在极短的时间内转变为受激辐射场的能量，结果产生了一个峰值功率很高的窄脉冲。 3.Q开关激光器的特点 调Q激光脉冲的建立过程，各参量随时间的变化情况，如下图所示： 谐振腔的Q值与损耗a总成反比，如果按照一定的规律改变谐振腔的a总值，就可以使Q值发生相应的变化。谐振腔的损耗一般包括有：反射损耗、衍射损耗、吸收损耗等。那么，我们用不同的方法控制不同类型的损耗变化，就可以形成不同的调Q技术。有机械转镜调Q、电光调Q技术，声光调Q技术，染料调Q技术等。 4.Q调制方法 调Q技术的关键 ： 动态损耗：Q 开关处于关闭状态时，谐振腔应具有最大的损耗，以保证Q 开关打开之前没有激光产生； 插入损耗：Q 开关处于打开状态时，由开关本身引起的损耗应最 小，一般会引入反射及散射损耗； 开关时间，Q 开关应有优异的开、关转换性能，快的开关时间， 将产生窄而且高功率峰值的脉冲；慢的开关时间会使所存储的能量在开关完全打开之间迅速衰竭； 同步性能， Q 开关应能够精确地控制，与外界信号保持同步。 5.电光调 Q 一、电光晶体调Q原理 1. 电光Q开关原理。 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。 图4-27 电光调Q装置示意图 （1）第一阶段：积累阶段 电光调Q激光器如图所示。未加电场前晶体的折射率主轴为z、y、z。沿晶体光轴方向z施加一外电场E ,由于普克尔效应,主轴变为x‘、y’,z‘。令光束沿z轴方向传播,经偏振器后变为平行于x轴的线偏振光,入射到晶体表面时分解为等幅的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 图4-27 电光调Q装置示意图 式中η为晶体寻常光折射率;γ63是晶体的电光系数;V是加在晶体两端的电压，d为晶体在z轴方向的长度。当δ=π/2时,所需电压称作四分之一波电压,记作Vλ/4.图中电光晶体上施以电压Vλ/4时,从偏振器出射的线偏振光经电光晶体后,沿x‘和y’方向的偏振分量产生了π/2位相延迟,经全反射镜反射后再次通过电光晶体后又将产生π/2延迟,合成后虽仍是线偏振光,但偏振方向垂直于偏振器的偏振方向,因此不能通过偏振器。这种情况下谐振腔的损耗很大,处于低Q值状态,激光器不能振荡,激光上能级不断积累粒子（这一状态相当于光开关处于关闭状态）。 （2）第二阶段：脉冲形成阶段——Q开关完全打开 在某一特等时刻,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900，相当于光开关被打开，则谐振腔突变至低损耗、高Q值状态,于是形成巨脉冲激光。（这一状态相当于光开关处于打开状态）。 1.有较高的动态损耗（９９％）和插入损耗（１５％） 2.开关速度快，同步性能好。开关时间可以达到　　秒 ， 3.典型的Nd:YAG　电光调Q激光器的输出光脉冲宽度 　约为１０-20ns，峰值功率达到数兆瓦至数十兆瓦 4.适用于脉冲式泵浦激光器，由于该技术较高的插入损 　耗使激光器无法振荡而不适用于连续泵浦激光器 二、电光调Q技术特点 声光调 Q 一、声光Q开关器件的结构——腔内插入的声光调Q器件由声光互作用介质(如熔融石英)和键合于其上的换能器所构成的。 图4-28 声光调Q装置示意图 二.声光调Q原理： 当声波在某些介质中传播时,该介质会产生与声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变,从而导致介质折射率的周期变化,形成等效的位相光栅,其光栅常数等于声波波长λs.光束射经此介质时发生衍射,一部分光偏离原来方向。在声光器件工作时产生很高的衍射损耗，此时，腔具 有很低的Q值，Q开关处于关状态；在某一特定时间，撤去 超声，光束则顺利通过均匀的声光介质， 此时Q开关处于 开状态； 主动调Q 姚杰 2016/12/1 调Q技术按调节方式可分为主动调Q和被动调Q 普通的脉冲激光器,光脉冲的宽度约在ms级,峰值功率也只有几十kW.调 Q激光器,光脉冲的宽度可以压到ns级,峰值功率也已达到MW. 1961年,哥伦比亚大学的HellWar出和Mccling率先提出利用快速存储及释放能量来产生激光巨脉冲,这便是早期的调Q技术。调Q技术的出现和发展，是激光发展史上的一个重要突破，它是将激光能量压缩到宽度极窄的