声光调Q汇总课件

5.3 声光调声光调Q激光技术激光技术2008年年北京交通大学北京交通大学5.3 声光调Q激光技术1一、声光调一、声光调Q激光器的组成激光器的组成1.激光器内插入一个声光调激光器内插入一个声光调Q开关。开关。一、声光调Q激光器的组成激光器内插入一个声光调Q开关。2二、声光二、声光Q开关的基本原理开关的基本原理1.当超声通过透明材料时，由于光弹效应将超声波的调制当超声通过透明材料时，由于光弹效应将超声波的调制应变耦合到光学折射率上，该材料相当于相位光栅。应变耦合到光学折射率上，该材料相当于相位光栅。超声的行波声光介质折射率的变化声光介质折射率的变化二、声光Q开关的基本原理当超声通过透明材料时，由于光弹效应将3声波通过的介质近似看作由一系列相距为声波通过的介质近似看作由一系列相距为 s的部分反的部分反射镜面构成的光栅（缝），这些镜面将射镜面构成的光栅（缝），这些镜面将vs沿沿z方向行进。方向行进。但因超声波的频率远小于光波频率，所以对入射光而但因超声波的频率远小于光波频率，所以对入射光而言是，超声场可以看作是静止的。言是，超声场可以看作是静止的。声波通过的介质近似看作由一系列相距为s的部分反射镜面构成的42.当一束光入射到此光栅上，部分光强将会衍射偏离光束，当一束光入射到此光栅上，部分光强将会衍射偏离光束，而射向另一个或多个离散方向。而射向另一个或多个离散方向。3.选择适当的参量，就能使衍射光束偏转出激光谐振腔，选择适当的参量，就能使衍射光束偏转出激光谐振腔，因而产生足以使腔产生因而产生足以使腔产生Q突变的能量损耗。突变的能量损耗。当一束光入射到此光栅上，部分光强将会衍射偏离光束，而射向另一5三、衍射分类三、衍射分类1.拉曼拉曼-耐斯衍射耐斯衍射条件条件(光波光波，s 声波）声波）各级衍射强度各级衍射强度Q 0.3观察到拉曼观察到拉曼-耐斯衍射耐斯衍射三、衍射分类各级衍射强度Q0.3观察到拉曼-耐斯衍射6 式中式中In为第为第n级光强，级光强，I0为入射光强，为入射光强，Jn为为n阶贝塞阶贝塞尔函数，尔函数，相位栅的幅度相位栅的幅度式中，式中，0 0光波长，光波长，PacPac为声功率，为声功率，l l，w w平面矩形换能器的平面矩形换能器的尺寸，尺寸，M M2 2声光材料参量的品质因数声光材料参量的品质因数 n n为折射率，为折射率，p p合适的光弹系数，合适的光弹系数，为密度，为密度，v v声速声速 式中In为第n级光强，I0为入射光强，Jn为n阶7衍射频率（衍射频率（m为级次，为级次，0入射光频率，入射光频率，s声波频率）声波频率）衍射频率（m为级次，0入射光频率，s声波频率）82.布拉格衍射布拉格衍射条件条件(光波光波，s 声波）声波）Q 4 时实验中观察到布拉格衍射时实验中观察到布拉格衍射衍射效率（衍射效率（L声光作用长度，声光作用长度，H声柱宽度，声柱宽度，Ps声功率，声功率，M2声光材料参量的品质因数声光材料参量的品质因数）布拉格衍射Q4时实验中观察到布拉格衍射衍射效率（L声光作9衍射频率（衍射频率（0 0入射光频率，入射光频率，s s声波频率）声波频率）衍射角（衍射角（B布拉格角，布拉格角，光波长，光波长，s声波长，声波长，vs声波速度，声波速度，fs声波频率）声波频率）衍射频率（0入射光频率，s声波频率）衍射角（B布拉格角10四、声光四、声光Q开关开关1.声光声光Q开关结构开关结构四、声光Q开关声光Q开关结构11换能器与声光介质的粘结工艺也是十分重要的问题。换能器与声光介质的粘结工艺也是十分重要的问题。故只要粘结层材料与声光介质材料的声阻抗匹配较好，故只要粘结层材料与声光介质材料的声阻抗匹配较好，或粘结层的厚度小于或粘结层的厚度小于l m，均可得到满意的效果。目，均可得到满意的效果。目前采用的粘结工艺有以铟为过渡层的真空热压焊和超前采用的粘结工艺有以铟为过渡层的真空热压焊和超声焊等；也可采用环氧树脂、声焊等；也可采用环氧树脂、502胶等粘结。胶等粘结。换能器的电声能转换过程及超声波被吸收后都会产换能器的电声能转换过程及超声波被吸收后都会产生热量，如不及时散掉，则会在声光介质中形成温度生热量，如不及时散掉，则会在声光介质中形成温度梯度场，从而扰乱超声场的梯度场，从而扰乱超声场的“相位光栅相位光栅”作废，严重作废，严重时会使器件失去调时会使器件失去调Q作用，因此器件还需要考虑散热作用，因此器件还需要考虑散热问题。问题。换能器与声光介质的粘结工艺也是十分重要的问题。故只要粘结层材12五、声光五、声光Q开关激光器实验开关激光器实验五、声光Q开关激光器实验131.从超声场消失至巨脉冲形成有一时从超声场消失至巨脉冲形成有一时间间隔，这就是脉冲建立时间间间隔，这就是脉冲建立时间tD(一一般为般为18 s)，所以要求，所以要求Q开关的开开关的开关时间关时间ts必须小于必须小于tD(这也是快开关这也是快开关的条件的条件)，否则会出现慢开关中常见，否则会出现慢开关中常见的峰值功率下降、脉宽增宽、输出的峰值功率下降、脉宽增宽、输出不稳定或产生多脉冲等现象。声光不稳定或产生多脉冲等现象。声光调调Q的开关时间是微秒量级，比电光的开关时间是微秒量级，比电光调调Q的开关时间的开关时间(十几个纳秒十几个纳秒)要长得要长得多，这将影响脉冲的峰值功率和脉多，这将影响脉冲的峰值功率和脉宽。宽。从超声场消失至巨脉冲形成有一时间间隔，这就是脉冲建立时间tD142.连续泵浦的连续泵浦的Nd:YAG激光系统的性能该激光器使用尺激光系统的性能该激光器使用尺寸为寸为75mm5mm，掺钕，掺钕08的棒，的棒，TEM00模的输出模的输出功率为功率为0.5W灯的输入功率为灯的输入功率为5.5kW 连续泵浦的Nd:YAG激光系统的性能该激光器使用尺寸为7515