华中科技大学激光工程第10讲-激光调制,调Q,激光技术-A-朱长虹-课程.pptVIP

4 激光锁模技术 上世纪90年代初，在掺钛兰宝石激光器上获得飞秒量级的超短脉冲。这类自锁模激光器结构简单，激活介质本身就是锁模元件，锁模谱线宽度也就是增益线宽，并且输出稳定性好，可获得最短的锁模脉冲，是目前产生飞秒超短脉冲的主要器件。 自锁模掺钛兰宝石激光器的装置示意图 4 激光锁模技术 光克尔（Kerr)效应 对于自锁模的飞秒激光介质，具有一个非常重要的性质，即光克尔（Kerr）空间自聚焦效应，利用光阑选模作用，将脉冲前、后沿对应的低强度光强进行空间“滤波”。相当于对光脉冲在时域上的进行压缩，进一步增强锁模效果。目前，几乎所有的飞秒脉冲都是通过光克尔效应进行锁模的。 超短脉冲的压缩方法 棱镜角度色散 棱镜对利用角度色散来压缩脉宽，主要用于自锁模飞秒激光器的谐振腔内.通过调整两个棱镜之间的距离和方位，可以调节折射光线的几何路径差，使脉冲前沿的低频（红移）分量经过棱镜对的时间长于后沿高频（兰移）分量，实现脉宽压缩。 超短脉冲的压缩方法 反射型光栅对 两个相互平行的反射型光栅使脉冲的不同频率分量以不同的角度入射，对应为不同的光程，反射光栅对低频前沿部分提供较长的光程，对高频后沿部分提供较短的光程，使后沿赶上前沿，达到压缩脉冲宽度的目的。这种方法对激光脉冲在腔外进行压缩。 超短脉冲的压缩方法 3 激光调Q技术 激光尖峰系列 激光调Q脉冲 调Q效果 3 激光调Q技术 品质因数（Q值）定义: 所谓调Q，就是调损耗 TIPS ts: Q开关时间 3 激光调Q技术 调Q脉冲 调Q的比喻 Q低值则损耗大,可抑制激光产生，使粒子在上能级不断积累到一定程度后,突然提高Q值降低损耗,激光振荡迅速建立,形成调Q脉冲输出。 3 激光调Q技术 调Q对激光介质的要求 介质上能级寿命要比较长, 抗损伤阈值高 调Q的关键参量 快开关 慢开关 Q 开关 3 激光调Q技术 高的超阈度对应泵浦强，损耗低，激光脉冲建立时间短。 超阈度与各参量的关系 3 激光调Q技术 激光调Q对开关调制器的要求 调Q晶体抗激光损伤阈值高 激光调Q方法 电光调Q：调透射损耗； 声光调Q：调衍射损耗 饱和吸收体调Q:调吸收损耗 主动式 被动式 3 激光调Q技术 典型的Q开关调制器件 电光调Q器 声光调Q器 饱和吸收体Cr:YAG 3 激光调Q技术 ? 电光调Q 退压式 TIPS 3 激光调Q技术 电光调Q (PTM) 腔倒空谐振腔: 有两个全反射镜 3 激光调Q技术 蝶片激光腔倒空装置 3 激光调Q技术 ? 声光调Q 在激光谐振腔内，利用声光调制器作为Q开关。 声光调Q器件一般采用行波工作方式。 声光调制器的1级衍射为损耗，要求衍射效率大于激光单程增益。 3 激光调Q技术 在Bragg效应的作用下，轴向光线衍射出腔外, 反转粒子数上升；一旦消除行波场，则激光振荡建立，产生Q脉冲输出。 射频信号 激光脉冲 对于声光调Q，开关的时间ts主要由声行波通过光束的渡越时间决定，相邻两个Q脉冲的时间间隔大致要与激光工作物质的上能级寿命相等。 声光调Q通常用于连续激光器，输出KHz系列的高重复率Q脉冲激光。 3 激光调Q技术 ? 被动调Q 透反镜 泵 浦 激光介质 饱和 吸收体 全反镜 饱和吸收体的能级应当与激光能级匹配， 即饱和吸收波长与激光波长一致。 将饱和吸收体放在谐振腔内，初始腔内光强很弱,同时吸收损耗大，Q值低,谐振腔处于关闭状态，不能形成激光振荡； 在泵浦的作用下，随着激光介质反转粒子数的不断积累，腔内自发辐射荧光也逐渐增强; 当荧光光强可与饱和吸收光强相比拟时，吸收系数变小，透过率增大，饱和吸收体突然被漂白，这时腔内Q值猛增，产生激光振荡，输出调Q激光脉冲。 3 激光调Q技术 输出调Q激光脉冲后，由于腔内光子数急剧下降，同时吸收损耗增大，从而使谐振腔又处于关闭状态，这就是被动调Q开关的一个动作周期。如此往复形成多脉冲调Q激光输出. 被动调Q激光器的多脉冲现象 4 激光锁模技术 高精度激光测距、精细激光加工，微观超快过程的研究和非线性光学应用等，必须采用超短激光脉冲。 化学分子在飞秒激光作用下的分离过程 超短脉冲激光加工的太阳能电池，心脏动脉血管支架 4 激光锁模技术 Q开关技术由于脉宽受腔长制约的局限性，目前仅依靠调Q技术还不能将激光脉冲压缩到皮秒至飞秒量级。 多纵模自由运转激光器的光强为各纵模光强的之和， 为非同步的受激辐射，各纵模之间没有确定的相位关系, 各纵模光电场无规则，非相干叠加，不可能产生超短脉冲。 4 激光锁模技术 在多纵模激光器中实现各纵模之间相位差恒定，纵模间隔严格相等，以同步受激辐射为基础,产生由激光介质增益线宽倒数所决定的皮秒(P