第七讲 激光技术二调Q技术.ppt

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1、第七讲激光技术二：调Q技术一、调Q技术的基本概念二、实现调Q技术的方法1弛豫振荡：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，激光熄灭一般固体脉冲激光器的输出特性2特点：原因?激光器的阈值始终保持不变1、输出的脉冲是系列尖峰振荡，激光器在阈值附近工作；2、脉宽比较宽，输出功率低；3、加大泵浦能量，只是增加尖峰的个数(缩短尖峰间隔)，不能增加峰值功率。3高功率激光器：追求单脉冲能量追求峰值功率追求更窄的脉宽调Q技术的目的：压缩脉冲宽度，提高峰值功率。41、品质因数（Q值）Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标。Q值的定义：在激光谐振腔内，储存的总能量与腔内单位时间损耗的能量之

2、比。式中，E为腔内储存的总能量；dE/dt为光子能量的损耗速率，即单位时间内损耗的能量；一、调Q技术的基本概念为激光的中心频率。52、调节Q值的途径其中，n为谐振腔内介质折射率；c为真空中光速；为光通过谐振腔单位距离的损耗率。一般采取改变腔内损耗的办法来调节腔内的Q值。谐振腔内的损耗包括反射损耗、吸收损耗、衍射损耗、散射损耗和输出损耗等，不同的调Q方法可以控制不同的损耗。63、调Q的过程(1)能量贮存过程激活介质贮能光泵的能量被激光介质吸收后，激活离子贮存在高能态上(该能级有一定的寿命)。不产生激光辐射将使反转粒子数不断增加，实现这一过程的条件是：增益低于损耗，即。因此，反转粒子数不断增加，

3、增益达到最大，但由于损耗非常大，阈值高，激光不振荡。此时Q值低。激活介质－谐振腔组合贮能使能量以光子的形式贮存在谐振腔内但是不输出到腔外。7(2)激光产生与输出过程条件：因为增益已经达到最大，所以损耗减小时，激光迅速建立，在极短的时间内，工作物质所贮能量通过光子的受激辐射过程释放出来，或者腔内积累的能量快速释放到腔外，形成巨脉冲。调Q的过程：调节，相当于Q是一个门，关上门，Q值低，贮能；打开门，Q值高，产生激光。8二、实现调Q技术的方法1、电光调Q激光器利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子的反射损耗。9（1）第一阶段：积累阶段激光介质全反镜输出镜起偏镜P1检偏镜P2电光器

4、件+-第一阶段是在晶体上加。偏振光通过KDP晶体时分解为沿X和Y方向振动的振幅相等的两束光，它们的振动方向垂直，频率相同，沿相同方向传播时，其合成的规迹由两光的相位差来决定，当时，两束光合成为一线偏光，其振动方向相对入射光的原振动方向旋转90度。因为P1//P2，所以从晶体出来的光不能通过P2，被P2反射掉。因此光不能在腔内来回传播形成振荡。这就相当于腔内光子的损耗很大，Q值很低，称为“关门”状态。10（2）第二阶段：脉冲形成阶段在第一阶段工作物质的反转粒子数达到最大值时，突然退去晶体上的电压，这时晶体又恢复了原来的状态，光在腔内形成振荡。这时Q值很高，称为“开门”状态。激光介质激光全反镜输

5、出镜起偏镜检偏镜电光器件11简化的结构氙灯全反镜YAG激光输出镜偏振器KDP前面结构的缺点：在晶体上加，对于KDP来说电压高达上万伏；腔内插入两个偏振片，会增加插入损耗。改进结构：晶体上加从YAG来的光通过P变成x(y)方向振动的光，通过KDP时，分成x’(y’)方向振动的光，两束光的相位差，出射晶体以后，合成为圆偏振光。这束圆偏光通过全反射后第二次通过KDP，o、e光又得到相位差，于是合成为线偏光，此线偏光的偏振方向和入射光的偏振方向成90度。因此光通过KDP两次，o、e光的相位差为，和前面的结构实际是一样的。122、声光调Q激光器声光调Q利用晶体的声光效应，以声光相互作用为基础。声光介质

6、在超声波的作用下，折射率发生周期性的变化，介质变成正弦相位光栅，当光通过其中时，发生衍射。13分类声光互作用区域短，相当于平面光栅，对入射光方向要求不严格，能产生多级衍射光。(衍射效率低)喇曼-奈斯声光器件零级光+1级衍射光+2级衍射光+3级衍射光-1级衍射光-3级衍射光-2级衍射光入射光布拉格声光器件声光互作用区域长,相当于体光栅，对入射光方向要求严格,只有一级衍射光。(衍射效率高)+1级衍射光零级光入射光14（1）第一阶段：积累阶段激光通过声光介质中的超声场时产生衍射，使光束偏离出谐振腔，造成谐振腔的损耗增大，Q值下降，激光振荡不能形成。故在光泵激励下其上能级反转粒子数将不断积累并达到饱

7、和值。全反镜激光介质声光器件输出镜Q开关关闭15（2）第二阶段：脉冲形成阶段在第一阶段工作物质的反转粒子数达到最大值时，突然撤除超声场，衍射效应立即消失，腔损耗减少，Q值猛增，激光振荡迅速恢复，激光能量以巨脉冲的形式输出。激光介质声光器件激光全反镜输出镜Q开关开启16声光Q开关的特点：1、需要的调制电压很低，一般小于200V，可以获得1000次/秒以上的高重复率的激光脉冲，而且脉冲的重复性很好；2、只用于低增