第四章激光Q开关及锁模技术.ppt

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1、光电子技术基础授课班级:1006211、1006221、2006231、1006131授课教师:左青卉1主要内容第四章：激光Q开关及锁模技术激光Q开关技术概论1电光Q开关原理及技术2电光Q开关原理及技术3锁模技术42主要知识要点脉冲激光器工作原理Q调制技术原理Q调制技术激光Q开关技术概论3脉冲激光器工作原理脉冲激光器中，在泵浦激励过程中，当工作物质中反转粒子数密度n增加到阈值nt时就产生激光，形成第一个激光尖峰；当n超过nt时，随着受激辐射的增强，上能级粒子数大量消耗，反转粒子数n迅速下降，直到n低于阈值nt时，激光振荡迅速衰减；然后泵浦的抽运又使

2、上能级逐渐积累粒子形成第二个激光尖峰；如此不断重复，便产生一系列小的尖峰脉冲。由于每个激光脉冲都是在阈值附近产生的，所以输出脉冲的峰值功率较低，一般为几十千瓦数量级。增大输入能量时，只能使尖峰脉冲的数目增多，而不能有效地提高峰值功率水平。同时，激光输出的时间特性也很差。激光Q开关技术概论4调Q技术原理通过某种方法使谐振腔的损耗(或Q值)按照规定的程序变化，在泵浦激励刚开始时，先使光腔具有高损耗，激光器由于阈值高而不能产生激光振荡，于是亚稳态上的粒子数便可以积累到较高的水平；然后在适当时刻，使腔的损耗突然降低到，阈值也随之突然降低，此时反转粒子数大大超过阈值

3、，受激辐射极为迅速地增强；于是,在极短时间内，上能级储存的大部分粒子的能量转变为激光能量，在输出端有一个强的激光巨脉冲输出。采用调Q技术很容易获得峰值功率高于兆瓦，脉宽为几十毫微秒的激光巨脉冲。激光Q开关技术概论5调Q技术凡能使谐振腔损耗发生突变的元件都能用作Q开关；常用调Q方法有电光调Q、声光调Q和饱和吸收调Q等；前两种方法中谐振腔损耗由外部驱动源控制，称为主动调Q。后一种方法中，谐振腔损耗取决于腔内激光光强，因此称为被动调Q。激光Q开关技术概论6电光效应某些晶体在外加电场作用下，其折射率发生变化，使通过晶体的不同偏振方向的光之间产生位相差，从而使光的偏振状态

4、发生变化的现象称为电光效应。电光晶体中折射率的变化和电场成正比的效应称为普克尔效应，折射率的变化和电场强度平方成正比的效应称为克尔效应。电光调Q就是利用晶体的普克尔效应来实现Q突变的方法最常用的电光晶体主要有KH2PO4、LiTaO3、LiNdO3等电光Q开关原理及技术7电光Q开关原理电光Q开关原理及技术8电光Q开关原理未加电场前晶体的折射率主轴x，y，z；沿晶体光轴方向z施加一外电场E，由于普克尔效应，主轴变为x′，y′，z′；令光束沿z轴方向传播，经偏振器后变为平行于x轴的线偏振光，入射到晶体表面时分解为等幅的x′和y′方向的偏振光；在晶体中二者具有不同的折

5、射率；经过晶体长度d距离后，二偏振分量产生了相位差；电光Q开关原理及技术9电光Q开关原理当=/2时，所需电压称作四分之一波电压，记作V/4；电光晶体上施以电压V/4时，从偏振器出射的线偏振光经电光晶体后，沿x′和x′方向的偏振分量产生了/2位相延迟，经全反射镜反射后再次通过电光晶体后又将产生=/2延迟，合成后虽仍是线偏振光，但偏振方向垂直于偏振器的偏振方向，因此不能通过偏振器。这种情况下谐振腔的损耗很大，处于低Q值状态，激光器不能振荡，激光上能级不断积累粒子；如果在某一时刻，突然撤去电光晶体两端的电压，则谐振腔突变至低损耗、高Q值状态，于是形成巨

6、脉冲激光。电光Q开关原理及技术10电光Q开关技术特点开关时间短(约10-9s)，属快开关类型，适用于脉冲激光器，是目前使用最广泛的一种Q开关；可以获得脉宽窄、峰值功率高的巨脉冲。典型的Nd3+:YAG电光调Q激光器的输出光脉冲宽度为10-20ns，峰值功率可达数兆瓦至数十兆瓦；而对于钕玻璃调Q激光器，不难获得数百兆瓦的峰值功率。电光Q开关原理及技术11声光介质当声波在某些介质中传播时，该介质会产生与声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变，从而导致介质折射率的周期变化，形成等效的位相光栅。光束射经此介质时发生衍射，一部分光偏离原来方向。常用的声光介质有熔融

7、石英、钼酸铅及重火石玻璃等。声光Q开关原理及技术12布喇格衍射声光Q开关原理及技术现象：透射光束分裂为0级与+1级或-1级衍射光，+1级或-1级衍射光与声波波面的夹角亦为。13布喇格衍射条件当声波频率较高；声光作用长度d足够大入射光波与声波波面的夹角满声光Q开关原理及技术声波波长光波波长获得高衍射效率的方法：提高超声驱动功14声光开关原理声光Q开关由一块对激光波长透明的声光介质及换能器组成，换能器的作用是将高频信号转换为超声波；声光开关置于激光器中，在超声场作用下发生衍射，由于一级衍射光偏离谐振腔而导致损耗增加，从而使激光振荡难以形成，激光高能级大量积累粒子。

8、若这时突然撤除超声场，则