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第七章 激光技术 1.电光效应 2.电光调制 布喇格衍射 喇曼-奈斯衍射 * * 倍频激光器结构 倍频装置按晶体装置的不同分为腔外倍频和腔内倍频，机构如下 全反镜 Q开关 工作物质 起偏器 倍频晶体 输出镜 全反镜 Q开关 工作物质 起偏器 倍频晶体 输出镜 分光镜 光参量放大和光参量振荡 光学混频效应 假如有两束频率分别为w1和w2的单色光同时入射到非线性介质，则有 将上式代入方程 得到 上式意味着两种不同频率的光波在非线性介质内可能激发起一些不同频率的谐波，除了2w1和2w2外，还产生（w1+w2）和 （w1-w2）等频率，称为光学和频效应和差频效应。 光学参量放大及振荡原理 光参量放大过程是一种特殊的非线性光混频放大过程。设有一束频率为ws的微弱信号光与频率为wp的强信号光同时入射到非线性光学介质中，由于二次非线性极化的作用，根据上式，在光学非线性介质中发生混频效应，那么在一定条件弱光信号光也会得到放大，同时它们的差频为wi，即 则产生另一束光（频率为wi），我们把这束光称为闲频光，而把那束信号强的光称为泵浦光。如果采取一定的技术措施只使频差wi存在，且其振幅正比于泵浦光和信号光的振幅之积，当泵浦光满足一定的位相关系，则所产生的wi与wp会进一步发生差频过程，辐射处新的差频效应，即辐射出频率ws（信号光）， ，其振幅正比于泵浦光和闲频光的振幅之积，显然这时信号已经放大。 光学参量放大的特点：一是能量由高频的泵浦光流向低频光波，二是伴随参量过程必有闲频光产生。 光参量放大及参量振荡的实验装置 光参量放大与参量振荡组成：非线性晶体、泵浦光、光学谐振腔。 参量振荡器的意义在于通过改变非线性介质的折射率可以使信号光频率和闲频光频率在很宽的范围内连续调谐。 工作物质 起偏器 倍频晶体 滤光片 参量振荡晶体 wp wi * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 法拉第效应 光学介质的折射率随波长的变化称为色散 折射率的变化在介质吸收谱附近会发生突变，称为反常色散区 在外磁场的作用下，物质的吸收谱会发生分裂，分裂出二条对称于原光谱的吸收谱，分别对应于左旋光和右旋光 浦线分裂导致反常色散区的分裂，使得对某一频率的光谱左旋光和右旋光产生不同的折射率 图5.29 4、磁光效应与磁光隔离器 设左旋光和右旋光的折射率分别为n左和n右，通过介质长度l，则位相差 合成后线偏光的转角 其中 和H成正比 因此线偏振光的转角 其中K称为范德特常数 图5.30 磁光调制可用于光纤通信中做光隔离器、光开关等。 线性磁光调制：利用法拉第旋光效应完成的一种磁光调制。将一磁光介质（YIG棒）置于恒磁场中，棒的两侧分别放置起偏器和检偏器。输入光经过起偏器后为线偏光，再通过电磁场发生法拉第效应。旋转的角度满足下面公式： 由此可知，输出光的偏振方向或旋转角受到射频信号的调制，且是线性调制。 射频激励源 YIG棒 检偏器 输出光 磁光隔离器：由于法拉第效应的不可逆性，使得它在激光系统中有着重要的应用。例如在激光系统中，为了避免光路中各光学界面的反射光对激光源产生干扰。可利用法拉第效应制成光隔离器，只允许光从一个方向通过，不允许反向通过。 法拉第光旋转器/光隔离器广泛应用于各种激光系统中，如多级激光放大器，光参量振荡器，环形激光器，掺饵光纤放大器，种子注入型激光器等 激光放大器 P1改进型葛—汤棱镜 螺线管 磁光材料 与P1成45度的葛—汤棱镜 激光放大器 调Q技术 调Q技术：适用于脉冲激光器，压缩脉宽，提高峰值功率 品质因数： 调Q 技术又称Q突变技术或Q开关技术，根据储能方式不同可分为工作物质储能方式和谐振腔储能方式。 工作物质调Q：能量以激活粒子的形式储存在工作物质中，由上面的公式可知，单程损耗率与谐振腔Q值成反比，只要控制单程损耗率从高到低的阶跃变化，就可实现Q值由低到高阶跃变化。（图在下页） 谐振腔的损耗包括反射损耗、吸收损耗、衍射损耗、散射损耗、输出损耗。 控制反射损耗：转镜调Q技术和电光调Q技术 控制吸收损耗：可饱和染料调Q技术 控制衍射损耗：声光调Q技术 控制输出损耗：透射式调Q技术和破坏全反射调Q技术 谐振腔储能调Q:使能量以光子形式储存在谐振腔中，当腔内光子积累足够多时，使之快速释放到腔外，获得强激光脉冲。由图可知，谐振腔的Q值实现阶跃变化时，腔内才开始有微弱的激光振荡，经历时间td后，激光的强