激光特性的控制与改善.PPTVIP

激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 双频稳频激光器输出功率和频率没有音频调制，频率稳定性达10-10~10-11，频率复现性达10-7~10-8. 在谐振腔内放入一个充有低气压气体的吸收管。例如，对于氦氖激光器，吸收管的气体为氖气和碘蒸汽的混合。吸收管内气体在激光振荡频率处有强吸收峰（吸收线），而且很稳定。 3. 饱和吸收稳频（反兰姆凹陷稳频） 低压气体具有可饱和吸收特性，原理类似于兰姆凹陷。 对于 的光，其正向和反向传播的光均被 的粒子吸收，吸收系数为： 为中心频率小信号吸收系数。 对于 的光，正向传播的光波和反向传播的光波分别被不同运动方向的粒子吸收，所以在 和 处烧一个孔，所以吸收系数为： 在 在谐振腔内放置吸收管时单程损耗为： 所以在 处的吸收最小，输出功率最大，称反兰姆凹陷。 稳频原理与兰姆凹陷稳频相同。 迄今，典型的稳频激光器有： 632.8nmHe-Ne:I2稳频激光器，稳定度达5?10-13，复现性达1?10-10； 514.5nmAr+:I2稳频激光器，稳定度达5?10-14，复现性达1.5?10-12； 3.39?mHe-Ne:CH4稳频激光器，稳定度达5?10-15，复现性达3?10-14； CO2稳频激光器，稳定度达5?10-14，复现性达1?10-10； 普通脉冲激光器 调Q激光器 光脉冲宽度： 峰值功率： 将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中，使峰值功率提高几个数量级。 同时，这种强的相干辐射光与物质相互作用，会产生一系列具有重大意义的新的光学现象，由此产生了非线性光学等新的光学分支。 推动了激光雷达、激光测距、高速全息照相、激光核聚变等重要应用技术的迅速发展。 7.3 调Q技术 特点： （1） 在 附近变化， 故输出功率低； （2）激光脉冲宽度很宽； （3）激光脉冲不够平滑。 脉冲激光器的驰豫振荡效应 光泵激励： 反转粒子数密度 增加 受激辐射： 反转粒子数密度 减少 可以通过改变阈值来获得巨脉冲输出。 调 Q：采用一定的技术和装置来控制激光器谐振腔 的Q值按一定的程序和规律变化，从而达到 改善激光脉冲的功率和时间特性的目的。 7.3.1 调Q激光器工作原理 泵浦初期： 将阈值调高，抑制激光振荡的产生，使激光上能级积累反转粒子数. 反转粒子数到最大时： 突然调低阈值，上能级大量粒子雪崩式跃迁到低能级，获得巨脉冲 脉冲泵浦的调Q过程： Q开关 主动式Q开关： 被动式Q开关： 谐振腔损耗由外部驱动源控制 电光调Q、声光调Q 谐振腔损耗取决于腔内激光光强 可饱和吸收体调Q 反射损耗： 电光调Q 衍射损耗： 声光调Q 吸收损耗： 染料调Q 调Q方法： 转镜调Q技术 将激光器光学谐振腔两个反射镜之一安装在一个旋转轴上，使其在每一转动周期中，只有当两个反射镜面平行时损耗最小，因而通过控制转镜，从而控制光腔的反射损耗即可达到调Q目的。 缺点：Q值变化时间长，难以获得短脉冲。 利用某些晶体的电光效应起到延时作用，做成电光Q开关 电光效应： 某些晶体在外加电场作用下，其折射率发生变化，使通过晶体的不同偏振方向的光之间产生相位差，从而使光的偏振状态发生变化。 沿Z轴传输、x方向偏振的光入射到Z轴加电压的电光晶体上，分解为正交的两个偏振分量，它们具有不同的折射率，通过长度d的晶体后，产生相位差为 V不同，相位差不同。 1. 电 光 调 Q 电光调Q（反射式）装置： 电光晶体上未加电压：电光Q开关打开，形成激光振荡和输出。 电光晶体加 电压：电光Q开关关闭，不能形成激光振荡，上能级粒子数得到积累。 声光效应： 光栅常数＝声波波长 2. 声光调Q技术 当介质中有超声波传播时，超声波使介质产生弹性应力或应变，介质中的折射率发生变化，可近似看作光栅。光束通过这种介质就会发生衍射，使光束产生偏转。 声光布喇格衍射 若声波频率较高，且声光作用长度L较大，声扰动介质形成“体位相光栅”。当平面光波相对于声波方向以一定角度入射时，介质内的各级衍射光将互相干涉，在一定条件下，各高级衍射光将互相抵消，只出现0级和＋１级(或－１级)衍射光，即产生布喇格衍射。 布喇格衍射条件： 布喇格角 衍射效率 改善和提高激光性能的各种技术 1. 改善激光器输出光的时间相干性或空间相干性： 模式选择、稳频、注入锁定技术 2. 获得窄脉冲高峰值功率的激光束： Q调制、锁模技术 精密干涉计量、全息照相、精细加工等应用