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§5.5 腔倒空技术 激光技术 2008年 北京交通大学 一、腔倒空激光器结构 定义：有一种方法可以产生非常短的Q开关激光脉冲，即在激光腔的两端使用100％反射镜对激光器进行Q开关转换，在循环功率的峰值时，迅速把输出镜的反射率从l00％降为0，这就导致所有的光能从腔内迅速倒出腔外． 优点： 效率高，全部能量输出到腔外。 产生的Q开关脉冲的脉宽主要是振荡器腔长的函数，而不是激光介质增益特性的函数．确切地说，半功率点的激光脉宽等于腔内的往返渡越时间，其条件是所用的Q开关是在相同的时间周期内开关．因此，基于容许的腔尺寸，其脉宽可能在2～5ns的范围．如果振荡器在一般的Q开关方式下运转，其脉宽要在1～20ns量级． 二、连续泵浦的激光器中的腔倒空技术 腔倒空与Q开关技术比较：（1）腔倒空中，输出脉冲间的能量积累与储存，主要发生在光场内；（2）Q开关技术中，输出脉冲间的能量积累与储存，主要发生在反转粒子数中。 在激光腔内光场的有限建立时间和重新泵浦到反转粒子数所需的时间决定了Q开关激光器重复率的上限．Q开关Nd:YAG激光器的最高重复率为50～100kHz，而连续泵浦的激光器的腔倒空是以高于Q开关的重复率得到输出脉冲的一种方法．连续泵浦的Nd:YAG激光器中的腔倒空的重复率在125kHz至几兆赫之间． 三、腔倒空技术声光开关与Q开关的不同 与Q开关相比，腔倒空方式要求的开关速率要快得多．声光调制器的上时间近似于光束直径与声波速率之比．为了得到高效的腔倒空所要求的5ns左的上升时间，必须将入射光束聚焦成大约50?m直径的光斑． 为了使腔倒空方式有效运转，应该使所有的运行功率基本上衍射到第一射级．在布拉格器件中，衍射效率随着射频载波频率而提高，因此与声光Q开关比，腔倒空所用的调制器的运转频率高得多，在200～500MHz之间． 为了以腔倒空方式产生输出脉冲，需要在调制器上施加短射频脉冲；而在光Q开关中，应关断射频载波，以产生输出脉冲． 在Q开关运转方式中，腔不需维持在阈值条件以下．如果腔内所有的能都被倒出，就必须从噪声中建立光场．在这种条件下观察到的重复腔倒空是不稳的．如果重复率降低，激光材料就在脉冲之间被泵浦到阈值之上，因此，系统释放更多的储能．当内部的激光能量在倒空之后迅速降到一个光子时，到了腔倒空重复率的下限．调制器的开关速率决定了腔倒空重复率的上限．已经道过高达l0MHz的重复率．一台连续泵浦的Nd:YAG激光器能够产生10W的续功率，在2MHz的重复率时，已经得到脉宽为25ns、峰值功率为570W的冲．在传输大容量数据的通讯系统中，有时把连续泵浦激光器的腔倒空和模结合起来使用． * * 当红宝石的储存能量达到峰值时,给普克尔盒加偏压至半波电压，产生垂直偏振光，经偏振器反射到离轴反射镜，而且腔内出现再生。当腔内功率达到峰值时，就在大约2ns的时间内取消普克尔盒上的电压。激光在光学腔中经历一次往返的时间，能量完全倒出腔内。 * * *