c4.6激光调Q技术解析

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,大标题,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,大标题,*,4.4,激光调制技术,4.3,激光束的变换,4.1,激光器输出的选模,1,4.5,激光偏转技术,第四章 激光的根本技术,4.6,激光调,Q,技术,4.2,激光器的稳频,4.7,激光锁模技术,一般脉冲激光器输出的脉冲都不是单一的光滑脉冲，而是由如以以下图的很多振幅、脉宽几微秒量级和脉冲间隔作随机变化的小尖峰脉冲组成，有时称为尖峰序列。,调Q技术的目的：,压缩脉冲宽度，提顶峰值功率。,一般固体脉冲激光器的输出特性：,1.输出的脉冲是系列尖峰振荡,激光器在阈值四周工作。,2.脉宽比较宽，输出功率低,调,Q(Q,开关,),技术,如何改善脉冲性能,?,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放射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术。,调Q技术可以产生脉宽为(10-710-9)秒量级、峰值功率高达千兆瓦的巨脉冲；锁模技术则可产生出(10-1210-15)秒量级的超短光脉冲，峰值功率到达T瓦量级。,调,Q(Q,开关,),技术,4.6.1,激光谐振腔的品质因数,Q,定义：,Q,值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标,-,品质因数。,光强,I,0,在谐振腔传播,z,距离后会减弱为,上,式可以改写为光子数密度的形式,表示在腔中的光子平均寿命,体积为,V,的腔内存储的能量为：,每振荡周期损耗的能量为：,品质因子与谐振腔的单程总损耗的关系为,谐振腔的损耗越大，,Q,值越小；损耗越小，,Q,值越高。,4.6.1,激光谐振腔的品质因数,Q,4.6.2,调,Q,原理,调Q的原理:承受某种方法使谐振腔在泵浦开头时激光上能级积存的反转粒子数不多处于高损耗低Q值状态，此时激光振荡的阈值很高，抑制激光振荡的产生。在这种状况下，由于泵浦的鼓舞，激光上能级将不断地积存粒子数。当反转粒子数到达最大值时，突然使腔的Q值增大，降低激光器的阈值。此时亚稳态上的粒子的能量很快转换为光子能量，光子像雪崩一样以极高的速率增长，输出峰值功率高、宽度窄的激光巨脉冲。,调Q方法:把握不同类型的损耗，就形成了不同的调Q技术,把握反射损耗-电光调Q技术,把握吸取损耗-可饱和吸取染料调Q技术,把握衍射损耗-声光调Q技术,激光腔中插入起偏振片及作为Q开关的KD*P晶体。,原理:晶体在z轴方向加电压后，产生感应双折射，进入晶体的x方向振动的线偏振光分解为x和y振动的二线偏振光。,加有半波电压时，损耗特殊大，Q值很低；去掉半波电压时，损耗小，Q值很大，输出一个激光巨脉冲。,KD*P晶体对1.06 mm光的半波电压约为4000 V。,图,4-27,电光调,Q,装置示意图,4.6.3,电光调,Q,电光调,Q,工作原理：,激光介质,激光,全反镜,输出镜,起偏镜,检偏镜,电光器件,激光介质,全反镜,输出镜,起偏镜,检偏镜,电光器件,+,-,1,、,Q,开关开启,2,、,Q,开关关闭,4.6.3,电光调,Q,图4-28是一个声光调Q的YAG激光器的示意图。腔内插入的声光调Q器件由声光互作用介质(如熔融石英)和键合于其上的超声波发生器所构成的。,原理:当光通过介质中的超声场时，由于衍射造成光的偏折偏离腔轴，此时损耗大，Q值小。确定时间后，撤去超声场，光束不发生偏折，Q值上升。,声光调Q与电光调Q相比，后者电压较高(103104V)，前者电压较低(102V)。声光调Q技术是应用较广泛的一种技术。,图,4-28,声光调,Q,装置示意图,4.6.4,声光调,Q,声光调,Q,工作原理,激光介质,声光器件,全反镜,输出镜,激光介质,声光器件,激光,全反镜,输出镜,1,、,Q,开关开启,2,、,Q,开关关闭,4.6.4,声光调,Q,染料的可饱和吸取系数,0是光强很小时的吸取系数；,Is 为染料的饱和吸取光强(与染料种类及浓度有关),1染料吸取特性,光强很小时，吸取系数很大，I=0 时,=0,光强很大时，吸取系数很小，I Is 时,=0,4.6.5,染料调,Q,开头泵浦 腔内荧光弱 吸取系数大 Q 值低 不能形成激光,连续泵浦 腔内荧光变强 吸取系数变小 荧光到达确定值时，吸取系数饱和 染料被漂白 Q值突增，形成激光脉冲 泵浦完毕,激光介质,染料盒,激光,全反镜,输出镜,氙灯,2染料调Q原理,4.6.5,染料调,Q,3对染料的要求,吸取体是染料Q开关的核心，它对调Q的效果影响最大，因此合理的选择染料很重要。,染料需满足下面条件：,1吸取体的吸取峰和激光器的中心波长对应；,2染料溶液要具有确定的稳定性和保存期；,3吸取饱和光强参数Is的大小要适当。,4.6.5,染料调,Q,I,s,太大，开关速度慢，影响调,Q,效果,Is太小，很弱的光即可使其透亮，导致工作介质的反转粒子数不能充分积存,