第七章调Q与锁模技术

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1、《激光原理与技术》激光技术部分第7章调Q与锁模技术1§7.1概述调Q技术是将连续或脉冲激光能量压缩到时间宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可以提高几个数量级的一种技术。单色定向亮度的定义:激光测距：提高测量精度。2§7.1概述激光器的弛豫振荡对四能级系统，速率方程可以写为：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3§7.1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

2、输出。4§7.1概述调Q基本原理（二）5§7.1概述实现调Q对激光器的要求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，泵浦速率必须快于激光上能级的自发辐射速率,使上能级能够积累的最大粒子数。谐振腔的Q值改变要快。6§7.2调Q激光器的基本理论1.调Q速率方程调Q速率方程由两能级模型给出如果考虑到在Q突变过程中，激光器参数剧烈变化，可以忽略泵浦过程和自发辐射过程。同时令激光器在Q值突变之前处于低Q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，可以给

3、出下面的方程：7§7.2调Q激光器的基本理论2.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8§7.2调Q激光器的基本理论9§7.2调Q激光器的基本理论超阈度1011§7.2调Q激光器的基本理论3.调Q的关键参量(1)超阈度要获得高的超阈度，要求泵浦强，损耗低。(2)Q开关时间tsδ由高损耗变到低损耗实际需开关时间ts。tstd时，Q脉冲参数变差。tstd为慢开关。td是激光建立特征时间，

4、D与负相关。12§7.3电光调Q方法1.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ts在ns量级。调Q时间可以精确控制。2.方法(1)λ/2波片式13§7.3电光(PRM)调Q方法(2)λ/4波片式：起偏与检偏合二为一思考题：怎么让λ/4波片退压式调Q变成λ/4波片加压式调Q？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10-100ns量级。14§7.3电光调Q(PRM)方法15§7.3电光调Q(PTM)方法16§7.3电光调Q(PTM)方法3.PTM方式由两个全反镜组成谐振腔(1)λ/2波片式思考：P1⊥P2调Q

5、过程如何？M1,M2共线17§7.3电光调Q方法(2)λ/4波片式18§7.3电光调Q(PTM)方法19§7.3电光调Q4.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。20机理在激光谐振腔内，利

6、用声光调制器作为Q开关。ts声光调制器的1级光为衍射损耗，0级光为激光振荡。调Q过程声光调制器调制信号为在fs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fK的调制下，消除了Bragg衍射作用，激光振荡建立，产生Q脉冲。§7.4声光调Q方法21§7.4声光调Q方法22§7.4声光调Q方法23§7.4声光调Q方法参量设计Bragg判据Bragg公式M2，L/H,Ps→PEQ开关时间输出特性声光PTM激光器声光1级衍射光为输出24§7.4声光Q调方法25§7.4声光Q调方法26§7.5被动调Q方法机理利用非线性可饱和吸收

7、体特性：变色眼镜线性吸收：α与I无关非线性吸收：变色眼镜“反变色眼镜”：可饱和吸收体：27被动调Q方法被动调Q过程当腔内光强很弱的时候，调Q片的　大，T小，Q值小，泵浦强度增加，腔内光强在自发辐射作用下逐渐增长，n2不断增长，当I→Is时，α↓，δ↓,Q大。在正反馈作用下，φ↑→α↓→φ↑→α≈0，激光振荡形成，Q脉冲输出后，φ↓→↑,开始新循环。调Q过程自动完成，非人为控制，属于被动式。28§7.5被动调Q方法饱和吸收体采用二能级模型定义饱和共振吸收截面‘透明”概念在共振吸收区范围内，当受激吸收与受激辐射粒子数n1=n2=n/2相等的时候“透明”（动态

8、平衡）饱和吸收体速率方程非齐次常微分方程29§7.5被动调Q方法运转特性T0的选