《调Q技术b》PPT课件

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1、1《激光技术》调Q技术§2.1概述工作在弛豫振荡模式下的脉冲激光器峰值功率低，脉宽宽（0.1-1us），而且振幅、脉宽和脉冲间隔（数微妙，脉冲序列长度与闪光灯的持续时间相等）是随机变化的。测不准原理：因为固体激光工作物质的谱线宽度比较宽，所以可以进一步压缩脉冲宽度，获得短脉冲技术已经成为激光技术最重要的组成部分之一，并且已经形成了以调Q技术、锁模技术和啁啾技术为代表的一个独特的学科领域。获得峰值功率在兆瓦级以上，脉宽为纳秒级的激光脉冲已并不困难！§2.1概述调Q技术是将一般输出的连续或脉冲激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而是光

2、源的峰值功率可以提高几个数量级的一种技术。非线性光学：强相干光与物质相互作用激光医学、激光加工：需要高功率、窄脉宽激光光源。激光测距、雷达：提高测量精度。§2.1概述激光器的弛豫振荡过程分析：增加泵浦功率只能减少尖峰的间隔，增加尖峰频率，不能减少激光脉宽，也不能增加激光器的峰值功率§2.1概述调Q基本原理（一）品质因数Q值的定义调Q技术是通过某种方法使腔内Q值按一定程序变化的技术。Q低则抑制激光产生，使粒子在上能级积累到一定程度后提高Q值，建立激光振荡，形成巨脉冲输出。§2.1概述调Q基本原理（二）§2.1概述实现调Q对激光器的要求

3、工作介质抗损伤阈值要高。上能级寿命要比较长泵浦过程使上能级粒子增加，在没有产生受激辐射的情况下，自发辐射使上能级粒子减少，当两者平衡时就是上能级能够积累的最大粒子数。泵浦速度必须快于激光上能级的自发辐射速率。谐振腔的Q值改变要快。§2.2调Q激光器的基本理论调Q速率方程调Q速率方程以两能级模型给出如果考虑到在Q突变过程中，激光振荡处于剧烈变化的瞬态过程，受激辐射其主要作用，可以忽略泵浦过程和自发辐射过程。同时令激光器在Q值突变之前处于高阈值状态，反转粒子数不断积累，假设Q值是阶跃式变化，则在Q值突变时刻定为零时刻，给出下面的方程：提

4、高初始反转粒子数与阈值反转粒子数之比，有利于腔内最大光子数的提高§2.2调Q激光器的基本理论调Q速率方程的求解光子数密度与反转粒子数密度关系峰值光子数密度Q脉冲峰值功率Q脉冲能量Q脉冲能量利用率Q脉冲宽度§2.2调Q激光器的基本理论调Q的关键参量超阈度要获得高的超阈度，要求泵浦强，损耗低。Q开关时间tsδ由高损耗变到低损耗实际所需时间是开关时间ts。Tstd时，Q脉冲参数变差。Tstd为慢开关。td是特征时间，与Δni/Δnth有关。

5、§2.3电光调Q方法机理在激光谐振腔内，利用电光调制器作为Q开关。开关时间在ns量级。调Q时间可以精确控制。方法λ/2波片式§2.3电光调Q方法λ/4波片式：起偏与检偏合二为一上述方法称为PRM方式调Q，在建立Q脉冲过程中，边振荡边输出，Q脉冲宽度在10ns左右。§2.3电光调Q方法§2.3电光调Q方法§2.3电光调Q方法PTM方式由两个全反镜组成谐振腔λ/2波片式§2.3电光调Q方法PTM方式λ/4波片式§2.3电光调Q方法设计电光调Q激光器要考虑的问题调制晶体光学均匀性好，透过率高，半波电压低，抗激光破坏阈值高。对1064nm激

6、光，KD*P【Vλ/2~6000】，LiNbO3【Vλ/2~9250(d/L)】调制器的电极结构要形成均匀电场纵向运用用环形电极，横向运用用平板电极。对工作物质的要求上能级寿命长，抗激光破坏阈值高。对泵浦源的要求泵浦光的脉宽和工作物质的上能级寿命要匹配。对Q开关控制电路的要求开关速度要快，控制要精确。机理在激光谐振腔内，利用声光调制器作为Q开关。声光调制器的1级光为腔内损耗，0级光为激光振荡。结构调Q过程声光调制器调制信号为在fm的作用下，轴向光线受Bragg衍射作用，以角度被衍射出腔外，这时要求。激光不振荡。在fs的调制下，消除了

7、Bragg衍射作用，激光振荡建立，产生Q脉冲。§2.4声光调方法§2.4声光调方法参量设计Bragg判据Bragg公式M2，L/H,Ps→PEQ开关时间输出特性WE不变：fs增大，PM减小，P增大；fs不变：WE增大，PM增大，Δt减小；声光PTM激光器§2.4声光调方法调Q激光器的动静比：调Q时的平均功率与不调Q的连续激光功率的比值。当调制频率很高时（大于10KHz，动静比接近于1。）声光调Q的开光时间：微秒量级（快开关），由于声渡越时间较长《声速5000m/s》，一般用于增益较低的连续激光器调Q）声光调制频率近似等于激光工作物质

8、上能级寿命；声光调QYAG连续激光器峰值功率：KW级电光调Q的开光时间：十几纳秒量级电光调QYAG脉冲激光器峰值功率：MW级§2.4声光调方法§2.4声光调方法§2.5被动调Q方法机理利用非线性可饱和吸收体特性：“反”变色眼镜线性吸收