第2章_调Q技术b.ppt

调Q激光器的动静比：调Q时的平均功率与不调Q的连续激光功率的比值。当调制频率很高时（大于10KHz，动静比接近于1。） 声光调Q的开光时间：微秒量级（快开关），由于声渡越时间较长《声速5000m/s》，一般用于增益较低的连续激光器调Q） 声光调制频率近似等于激光工作物质上能级寿命； 声光调Q YAG连续激光器峰值功率：KW级 电光调Q的开光时间：十几纳秒量级 电光调Q YAG脉冲激光器峰值功率：MW级 转镜调Q 转镜调Q就是利用改变反射镜的平行度来控制Q值的方法。转镜调Q属于慢开关 调Q激光器的工作方式对比： 转镜调Q:慢开关,可产生能量较大的脉冲激光（峰值功率在几十兆瓦以上、脉宽为纳秒级）。主要缺点是在高转速下的机械磨损会影响使用寿命，且装配工艺要求较高。 电光晶体调Q：快开关，它能产生窄脉冲，且同步性能好，使用寿命长，输出巨脉冲稳定，可获得峰值功率为几十兆瓦以上、脉宽为十几纳秒的巨脉冲，目前应用最广泛的。其主要缺点是半波电压较高，需要几千伏的高压脉冲，对其他电子线路易造成干扰。 声光调Q:快开关,与连续激光器配合调Q,可获得KHz高重复频率的巨脉冲，脉冲的重复性好，可获得峰值功率为几百千瓦、脉宽约为几十纳秒的巨脉冲。 可饱和吸收体调Q:快开关,结构简单,使用方便,没有电的干扰,可获得峰值功率为几兆瓦、脉宽为十几纳秒的巨脉冲。主要缺点是产生调Q脉冲的时刻有一定的随机性，不能准确地人为控制，另外，染料易变质，需经常更换，输出不稳定。 调Q技术的选模功能 Q调制器能有效地控制激光器的损耗与增益,因此，也可以控制激光的空间（横模）特性、频率（纵模）特性和输出稳定性。 选横模的功能： 基于不同横模之间存在的损耗差异，通过插入腔内的Q调制器来控制腔的损耗。开始时使激光器运行于高阈值、低增益的临界振荡状态，称为“预激光”技术。在一定泵浦功率强度下，只有损耗最小的横模（TEM00）建立振荡，其余损耗较大的横模都被抑制而不能振荡，这样便产生了单横模“种子”。为了得到大的能量输出，接着将Q开关完全打开,使种子激光得到充分放大,那么最终输出的便是功率足够高的基横模激光。 选单纵模的功能 选单纵模的调Q技术是在单横模的基础上,利用不同纵模之间存在的增益差异实现的。开始时，使Q开关处于不完全关闭状态,通过Q开关控制腔的损耗,使之在一定泵浦功率下,仅靠近中心频率附近少数增益较大的纵模能建立起振荡,而且由于这些少数纵模是在阈值附近振荡,激光形成所需要的时间较长,不同纵模之间的模式竞争比较充分,故最终形成并得到充分放大的仅是增益最大的单纵模,当单纵模激光形成后,将Q开关完全打开,即可获得单纵模脉冲激光输出。 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ §2.1概述 工作在弛豫振荡模式下的脉冲激光器峰值功率低，脉宽宽（0.1-1us），而且振幅、脉宽和脉冲间隔（数微妙，脉冲序列长度与闪光灯的持续时间相等）是随机变化的。 测不准原理： 因为固体激光工作物质的谱线宽度比较宽，所以可以进一步压缩脉冲宽度，获得短脉冲技术已经成为激光技术最重要的组成部分之一，并且已经形成了以调Q技术、锁模技术和啁啾技术为代表的一个独特的学科领域。获得峰值功率在兆瓦级以上，脉宽为纳秒级的激光脉冲已并不困难！ §2.1概述 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发射，从而是光源的峰值功率可以提高几个数量级的一种技术。 非线性光学：强相干光与物质相互作用 激光医学、激光加工：需要高功率、窄脉宽激光光源。 激光测距、雷达：提高测量精度。 §2.1概述 激光器的弛豫振荡 过程分析： 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 §2.1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，形成巨脉冲输出。 §2.1概述 调Q基本原理（二） §2.1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，当两者平衡时就是上能级能够积累的最大粒子数。 泵浦速度必须快于激光上能级的自发辐射速率。 谐振腔的Q值改变要快。 §2.2调Q激光器的基本理论 调Q速率方程 调Q速率方程以两能级模型给出 如果考虑到在Q突变过程中，激光振荡处于剧烈变化的瞬态过程，受激