2015激光原理与技术24（参考）.pptxVIP

第6章 激光调Q技术?改善激光器输出性能的单元技术，产生巨脉冲?满足人类对高峰值功率、窄脉宽激光脉冲需求?脉宽：钠秒量级；峰值功率：兆瓦以上。?推动了激光雷达、激光测距、高速摄影、核聚变等应用技术的发展。Information Science and Engineering Technology采用Q开关技术的理由：在连续波工作模式，激光工作在阈值附近；即使在脉冲工作状态，激光的粒子数反转也仅仅稍高于阈值，不适合高能量输出。激光器输出的驰豫振荡，每个尖峰脉冲0.1~1ns，间隔为5~10usInformation Science and Engineering TechnologyQ开关技术的适用条件：Q开关技术主要用于光泵浦的固体激光器，染料和气体的自发辐射寿命太短，不适合储存大能量。Q开关的概念Q值量度谐振腔的品质，高Q值的谐振腔损耗小。所谓的Q开关激光器，是指激光器的谐振腔能够在高品质与低品质间自由切换。Information Science and Engineering Technology6.1 激光谐振腔的品质因数Q ??d? dt谐振腔内储存的能量 每秒损耗的能量Q ? 2??? 2??d? dt ? ? nhvV ?t ?Rn(t) ? n0edn(t) dt? hvV L c?激光的单模线宽 1 2?? RQ ? 2???R ? 2??Q ????c c?2?L??c ??Information Science and Engineering Technology6.2、调Q激光器工作原理 Q 开 关 激 光 器Information Science and Engineering Technology连续波激光器：动力学过程简图 连续泵浦高重复率调Q过程Information Science and Engineering Technology调Q脉冲形成过程从激光开始振荡到巨脉冲形成的过程Information Science and Engineering Technology慢Q开关——可能出现多脉冲Information Science and Engineering TechnologyInformation Science and Engineering Technology 6.3 调Q激光器基本理论? 调Q激光巨脉冲脉宽在纳秒量级,在脉冲形成、输出过程中 激光下能级粒子通常难以完全排空.一般采用三能级系统速 率方程分析.d? dt ?? R(t)? (n2 ?n1)?c? ?dn2 dtdn1 dt ? ?(n2 ?n1)?c?? (n2 ?n1)?c?d?n dt? ???n?c?? 通常考虑的是开关打开以后(t＞t1)的情况, 并且假设在t＞t1 后泵浦就停止. Information Science and Engineering TechnologyWP?? ?1t ? 0 ?n?nt ?ni ?nt ??1 t?nt? ?nt ?? 21??0? 21??mt?D? f ?it1tDtm t ftInformation Science and Engineering Technology1、0＜t＜t1 时, ? (t) ??1 ,腔损耗很大,Q开关关闭 . 对应粒子反转数积累阶段. 泵浦开始后，上能级n2 ? 0,? ? 0, d?n dt d? dt 继续抽运，?由自发辐射而增加. 当抽运使得?n足够大时， ?n ? ?ni,t ? t1,将Q开关打开， 初始粒子反转数密度?ni ? ?s?nt , ?0? 21??s ? ?泵浦超阈度,?nt ?.Information Science and Engineering Technology? (t) ? ?0 ，腔损耗突然降低2、 t1 ＜t＜tD 时 Q开关打开。? 假设在t＞t1后泵浦就停止（瞬时泵浦），并且忽略Q开关 打开后自发辐射的影响。? 激光振荡立即建立，? 单调增长，开始一段，d? dtd?n dt?i ? 0,?? 0,? 0,几乎维持?n ? ?ni Information Science and Engineering Technology3、 经历一段时间后到t D , t D ＜t＜t m 时, 足够大， dt d? dtd?n? ??D,足够大， ?? 雪崩式跃迁 ??迅速增大，? 0,?n迅速减小，当?n减小到使得：d? dt 1? R?c?n ?? 0,?达到极大值?m., ?0?21? 1?21c? R?n ? ?nt ??Information Science and Engineering Technology4、当t m ＜t＜t f 时,d? dt? 0,?开始减少， n ? ?nt