激光加工论文..docxVIP

激光加工论文 ——调Q光纤激光器 学院：电子工程学院 班级：电科1302 姓名：陈文文 学号：09950130203激光调Q技术：一般固体脉冲激光器输出的光脉冲不是单一的光滑脉冲，而是一群由宽度在微秒量级的强度不等的小尖峰脉冲组成的序列。这种光脉冲序列持续时间长达几百微秒甚至几毫秒，其峰值功率也只有几十千瓦的水平，远远满足不了诸如激光雷达、激光测距、激光制导、高速摄影，以及激光核聚变等许多重要实际应用的要求。为此，在激光被发现不久后的1961年，就有人提出了调Q的概念，并于1962年制成了第一台调Q激光器。它的出现，使激光脉冲输出性能得到了几个数量级的改善，脉冲宽度压缩到纳秒级，峰值功率高达千兆瓦。这对于激光测距、激光雷达、激光加工和动态全息照相等应用的发展起到了决定性作用。同时，还对因强光所引起的光学现象的研究开辟了一系列新的学科方向。调Q原理：调Q原理指的是，采用某种办法使谐振腔在泵浦开始时处于高损耗低Q值状态，这时激光振荡的阈值很高，粒子密度反转数即使积累到很高水平也不会产生振荡；当粒子密度反转数达到其峰值时，突然使腔的Q值增大，将导致激光介质的增益大大超过阈值，极其快速地产生振荡。这时储存在亚稳态上的粒子所具有的能量会很快转换为光子的能量，光子像雪崩一样以极高的速率增长，激光器便可输出一个峰值功率高、宽度窄的激光巨脉冲。用调节谐振腔的Q值以获得激光巨脉冲的技术称为激光调Q技术。调Q技术的目的：调Q技术的出现和发展，是激光发展史上的一个重要突破，它是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可以提高几个数量级的一种技术。它的主要目的是，压缩脉冲宽度，提高峰值功率。普通的脉冲激光器，光脉冲的宽度约在ms级，峰值功率也只有几十KW。调Q激光器，光脉冲的宽度可以压到ns级，峰值功率已达到MW。几种调Q技术：因为谐振腔的损耗包括反射损耗、吸收损耗、衍射损耗、散射损耗和透射损耗，因而不同方法控制不同类型的损耗，就形成了不同的调Q技术。（1）电光调Q：电光调Q是利用晶体的电光效应作为Q开关的元件。电光调Q装置如图4-27所示，在激光谐振腔中插入起偏振片及作为Q开关的KD*P晶体。当晶体在z轴方向加电压后，由于感应双折射，沿x方向振动的偏振光进入晶体后将分解为沿x’方向和沿y’方向振动的二线偏振光。适当调整电压的大小，可以使通过晶体后的两者相位差为（相应的电压大小即为V），因而合成光为圆偏振光。再经反射镜反射，让该圆偏振光再次通过晶体，则相位差再次增加，此时，出射光又成为一线偏振光，不过它的振动方向为y方向，恰与原入射偏振光的方向（x方向）垂直。也就是说在晶体上加半波电压后，往返通过晶体的线偏振光，其振动方向相对改变90。对于未加电压的晶体来说，往返通过晶体的线偏振光振动方向不变。（2）声光调Q：声光调Q技术利用这样一种原理：在激光谐振腔内放置声光偏转器，当光通过介质中的超声场时，由于衍射造成光的偏折，就会增加损耗而改变腔的Q值。这种方法具有重复频率高和输出稳定等优点，目前，多用于获得中等功率的高重复频率的脉冲激光器中。（3）染料调Q：不论是转镜、电光或声光调Q技术，Q开关开启的延迟时间都是可控的，因此，习惯上统称这一类技术为主动调Q。还有另一种调Q技术，即染料调Q技术，它是利用某种材料（通常是用有机染料）对光的吸收系数会随光强变化的特性来达到调Q的目的。由于这种方式中Q开关的延迟时间是由材料本身特性决定的，不直接受人控制，所以又称之为被动调Q技术。调Q光纤激光器的技术发展特点：(1)在技术上通常采用了MOPA与调Q方式相结合获得高能量脉冲输出，研究工作波长大多集中在掺饵、镜等稀土杂质的有源光纤的1-1.1 } m和1.55 u m波长窗口。 (2)为获得高能量的光脉冲输出，多采用双包层、大模场((LMA)、高掺杂、多掺杂有源光纤，并结合多模、多路包层泵浦以及多波长包层泵浦技术;新型的LMA光子晶体光纤的研究也有报导，但仅仅是开始。 (3)在光束质量控制方面采取了模式和偏振态控制技术，实现激光器的单横模，乃至单偏振光脉冲输出，保证光纤激光器的输出光束质量。 (4)采用Mach-Zehnder或者Machelson原理对多路脉冲激光进行相干合成。(5)探索新的全光纤结构，以减少块状器件的插入对系统带来的损耗，从而提高输出功率。调Q光纤激光器的主要应用：二次谐波的产生：利用可调谐的高能量调Q光纤激光器产生的输出脉冲打在非线性晶体上可以产生二次谐波(倍频光)或者三次谐波(三倍频光)。由于光纤激光器可调谐，因此可以容易地调谐波长获得相位匹配条件，从而不需要额外的温控装置来保持相位匹配条件;同时，提高激光器输出激光脉冲的功率可以显著提高转换效率，因此获得的倍频光脉冲宽度比基频光脉冲窄。运用这种技术，可以产生可见光谱甚至紫外光谱