Q调技术-激光原理-课件-北京工业大学-09.ppt

a)电场沿x轴，光传播方向沿z轴(横) 两本征偏振光方向分别沿x?、y? (2)铌酸锂(LN) b)电场沿y轴，光传播方向沿z轴(横) 两本征偏振光方向分别沿x、y (1)磷酸氢钾(KDP) 7、常用电光晶体工作模式 电场与光传播方向都沿z轴(纵) 两本征偏振光方向分别沿x?、y? 例 计算KDP晶体纵向电光效应的半波电压。使用He-Ne激光，?=0.6328?m、no=1.51、ne=1.47、?=10.6?10-12 m/v 解 例 计算LN晶体横向电光效应的半波电压，使用He-Ne激光，?=0.6328?m、no=2.29、ne=2.16、?=3.4?10-12 m/v，晶体的宽度与长度之比为５． 解 * 第九章 Q调技术 §1 调Q原理 一、弛豫振荡现象 普通脉冲激光器输出波形由一系列不规则的尖峰脉冲组成 1、现象 2、解释 泵浦使激光器达到阈值，产生激光?反转粒子数减少至低于阈值?激光熄灭 3、特点 (2)加大泵浦能量，只是增加尖峰的个数，不能增加峰值功率 (1)峰值功率不高，只在阈值附近 4、原因 激光器的阈值始终保持不变 二、调Q基本概念 泵浦时令腔损耗很大(Q很小),突然减小损耗(增大Q),使积蓄的反转粒子数在短时间内完成受激辐射,形成光脉冲 三、工作原理 2、阈值反转粒子数 (1)t0: ?n?t (2)t0: ?nt ( ?n?t?nt) 1、腔损耗 (1)t0(Q开关打开前): ?? (2)t0(Q开关打开后): ? (?? ?) 3、泵浦速率 (1)t0: W大 (2)t0: W小 4、反转粒子数?n (1)t0: ?n增大,t=0时为?n=?n0 (2)t0: ?n减小,t=tp时为?n=?nt (?nt ?n0 ?n?t) 5、腔内光子数密度? (1)0ttp : 因?n?nt而增强 (2)ttp:因?n?nt而减弱 (3)t=tp时,达最大?m t ?n ?n?t ?nt ?n0 tp 0 ?m ?nf ? W (3)t0: 振荡结束时残余反转粒子数为?n=?nf 四、调Q激光器速率方程 (三能级、固体、均匀加宽) 1、非调Q E1 E2 E3 W13 S32 A21 W21 W12 2、调Q(忽略泵浦与自发辐射:w13=0,A21=0) n1+n2+n3=n 证 n1+n2=n n2-n1=?n ?nt为?达最大时,即 时的?n 令 由 和w13=0可得: S32=0 五、腔内光子数密度 证 由 和 消t 当?n= ?nt时光子数密度达最大值 六、最大光子数密度 1 e 0 e-2 e2 e2-3 七、峰值功率 1、计算公式 Pm=h?0?mvST v:腔内光速 S:腔截面积 T:输出镜透过率 2、提高Pm的措施 (1)提高Q开关打开前、后的腔损耗之比??/? 越大,则 也可以越大 (2)提高泵浦功率(使 达到 水平) 八、脉冲能量 每产生一个光子，消耗２个反转粒子数 九、能量利用率 1、定义 E0(储能):储藏在工作物质中能转变为激光的初始能量 Ef(剩余能):巨脉冲结束后工作物质中的剩余能量，通过自发辐射消耗掉 2、计算公式 证 光子数密度?=0时,?n达到?nf 令 3、计算曲线 ? 0 1 0.1 0.5 0.9 0.993 1.054 1.386 2.558 5 １ 5 0 0.993 2.56 0.9 0.5 1.34 十、脉冲的时间特性 1、脉冲宽度定义 ?tr:上升时间(光子数密度由?m/2升至?m所用时间) ?te:下降时间(光子数密度由?m降至?m/2所用时间) 2、脉冲宽度计算方法 ?nr、?ne:分别为光子数密度升、降至?m/2时所对应的反转粒子数密度,?c:Q开关打开后的腔寿命 t ?n ?nr tp ?m te tr ?nt ?ne t ?n0 ? ?tr ?te ?t tp:光子数密度达到?m的时刻,相应反转粒子数密度为?nt tr:光子数密度升到?m/2的时刻,相应反转粒子数密度为?nr te:光子数密度降到?m/2的时刻,相应反转粒子数密度为?ne 证 3、脉冲宽度的特点 (1)增大 , 脉冲的前、后沿均减小，其中前沿 比后沿减小的更显著 t ? 1 2 (2)脉宽与调Q时的腔寿命成正比,故腔长不宜太长、损耗也不宜太小. (3)最小脉宽为光在腔内往返一周所用时间 例1某气体激光器Q开关打开后,阈值反转粒子数及初始与阈值反转粒子数比分别为?nt=1022m-3、?n0/?nt=3,求?m 解 例2为使调Q激光器的能