调Q(Q开关)技术资料.ppt

2.4 声光调Q 一、声光调Q原理： 1.声光调Q和声光调制器的比较： 相同点：声光调Q和声光调制器都是利用晶体的声光原理，以声光相互作用原理为基础。声光介质在超声波的作用下，折射率发生周期性的变化，使介质变成正弦相位光栅，当光通过这样的介质时，发生衍射。 不同点：(1) 声光调制器采用两种衍射方式，喇曼奈斯衍射和布拉格衍射。声光Q开关考虑效率问题只采用布拉格衍射。喇曼奈斯衍射产生多级衍射光，各级光的衍射效率比较低，不易实现调Q。（目前也有这种衍射的Q开关）。 (2) 声光调制器是利用连续变化调制信号控制加在换能器上的超声功率，使超声波受到振幅调制，使相位延迟周期性改变，使输出光强发生相应的周期性改变。 布拉格衍射 喇曼奈斯衍射 声光Q开关在换能器上加一阶跃式的调制信号实现调Q。布拉格衍射只产生两级衍射光:0、1级光： 式中 光通过声光介质产生的相位延迟 由 决定 二、声光Q开关的结构 相同：声光Q开关的结构和声光调制器完全相同。换能器、声光介质、吸收器三个部分组成，且材料、尺寸相同 不同点：声光调制器：有驻波和行波两种结构。 声光Q开关：只有行波结构。 三、声光Q开关的应用 由于声光Q开关需要的调制电压很低，一般小于200V，声光Q开关最大优点是用于高重复频率的Q开关激光器。在连续激光器中加入声光Q开关，可以得到高重复频率的调Q脉冲。 1. 重复频率的选择 2. 提高 之比 3. 提高衍射效率 4. 特点：优点：声光Q开关是快开关，可以获得1000次/秒以上的高重复率的激光脉冲，而且脉冲的重复性很好。缺点：只用于低增益的连续激光器，对于高增益的激光器，开关能力差，容易“关不死门”。脉宽比较宽，开关速度比电光Q开关慢。 2.5 被动式可饱和吸收调Q 一、可饱和吸收染料调Q的基本原理 利用一种可饱和吸收体做为Q开关，这种可饱和吸收染料是一种非线性吸收物质，把它放在谐振腔内，利用它对光的可饱和吸收特性来改变谐振腔内的吸收损耗，起到Q开关的作用。 1.可饱和吸收体的吸收特性。 可饱和吸收体是一种非线性吸收物质。假设一束光通过吸收物质时，吸收系数为 ，透过率 ，吸收率为 ，则 则 2．饱和吸收原理 染料具有饱和吸收的原理可以用能级跃迁的量子理论来解释。吸收物质初始状态：染料分子处于基态， ， -二能级系统。N－吸收物质总粒子密度；n1 、n2分别是高能态，基态粒子密度。 染料从基态到高能态吸收光子，故初始 大。当染料吸收光强从基态到高能态时，则n1减小， n2增加。染料的吸收存在两过程 吸收体对入射光强的改变应是这两个过程的综合过程。高能态粒子越多，则吸收光强越少。即n2增加， 下降。当高能态粒子数n2和基态粒子数n1相等时，这时从低能态到高能态的受激跃迁的粒子数和从高能态到基态放出光子的粒子数相等。即吸收的和放出的光子相等。达到饱和。 二、染料调Q激光器 1. 染料Q开关激光器型式 两种，染料盒和全反射镜合为一体，利用染料盒的后壁做全反镜。在锁模中用。 染料盒单独放在腔内，这种机构注意避免染料盒的表面和反射镜之间形成寄生振荡。一般染料盒倾斜一个小角度 ，也可以倾斜布儒斯特角。 2. 染料Q开关的工作过程 （1） 、 、 阶段， 积累 a. 初始态，氙灯未点燃，腔内u＝0，染料 很大，染料分子处于基态； b．氙灯点燃，工作物质开始积累，这时工作物质的上能级自发辐射产生的荧光被染料分子吸收， ，T上升。但u小，都被染料吸收，损耗很大。低Q高损耗，激光不能形成振荡。 （2）激光形成与输出阶段 a. 随着荧光的不断被染料吸收，则 ， ，即腔内的损耗不断下降，当下降到 时，激光到达阈值，开始振荡－Q开关打开。 b.激光达到 阈值开始振荡，因此腔内激光密度u很强，染料很快达到饱和， ，染料无吸收损耗，Q开关完全打开－输出一巨脉冲。 三、影响调Q的效果的因素 主要讨论吸收体、输入能量、吸收体浓度对调Q效果的影响。 1. 染料吸收体