激光調Q原理與技術

1、 調調Q原理與技術原理與技術1 調調Q原理原理一、弛豫振蕩現(xiàn)象一、弛豫振蕩現(xiàn)象普通脈沖激光器輸出波形由一系列不規(guī)則的尖峰普通脈沖激光器輸出波形由一系列不規(guī)則的尖峰脈沖組成脈沖組成1、現(xiàn)象、現(xiàn)象2、解釋、解釋泵浦使激光器達到閾值，產生激光泵浦使激光器達到閾值，產生激光反轉粒子數(shù)反轉粒子數(shù)減少至低于閾值減少至低于閾值激光熄滅激光熄滅3、特點、特點(2)加大泵浦能量，只是增加尖峰的個數(shù)，不能增加大泵浦能量，只是增加尖峰的個數(shù)，不能增加峰值功率加峰值功率(1)峰值功率不高，只在閾值附近峰值功率不高，只在閾值附近4、原因、原因激光器的閾值始終保持不變激光器的閾值始終保持不變二、調二、調Q基本概念基本概念

2、泵浦時令腔損耗很大泵浦時令腔損耗很大(Q很小很小),突然減小損耗突然減小損耗(增大增大Q),使積蓄的反轉粒子數(shù)在短時間內完成受激輻射使積蓄的反轉粒子數(shù)在短時間內完成受激輻射,形成光脈沖形成光脈沖t t n nr tp mtetr nt ne t t n0 2m tr te ttp:光子數(shù)密度達到光子數(shù)密度達到 m的時刻的時刻,相相應反轉粒子數(shù)密度為應反轉粒子數(shù)密度為 nttr:光子數(shù)密度升到光子數(shù)密度升到 m/2的時刻的時刻,相應反轉粒子數(shù)密度為相應反轉粒子數(shù)密度為 nrte:光子數(shù)密度降到光子數(shù)密度降到 m/2的時刻的時刻,相應反轉粒子數(shù)密度為相應反轉粒子數(shù)密度為 ne一、工作原理一、工作原

3、理1、Q開關開啟開關開啟2、Q開關關閉開關關閉激光介質激光介質 激光激光轉鏡轉鏡半反半反激光介質激光介質轉鏡轉鏡半反半反2 轉鏡調轉鏡調Q激光器激光器激光介質激光介質 激光激光半反半反鏡架鏡架棱鏡棱鏡磁頭磁頭磁鋼磁鋼電源電源光泵光泵電動機電動機觸發(fā)電路觸發(fā)電路二、裝置二、裝置一、電光效應一、電光效應沿電光晶體的某一特定方向加直流電場后沿電光晶體的某一特定方向加直流電場后, ,在光軸在光軸方向上產生雙折射現(xiàn)象，即入射線偏振光將分解方向上產生雙折射現(xiàn)象，即入射線偏振光將分解為兩個偏振方向正交的本征偏振光為兩個偏振方向正交的本征偏振光(1)(1)縱向電光效應縱向電光效應: :電場方向與光傳播方向一致

4、電場方向與光傳播方向一致(2)(2)橫向電光效應橫向電光效應: :電場方向與光傳播方向垂直電場方向與光傳播方向垂直 電光電光調調Q激光器激光器1、定義、定義2、類型、類型 電光調電光調Q裝置示意圖裝置示意圖Enno3加電場后兩個正交的本征偏振光折射率之差加電場后兩個正交的本征偏振光折射率之差4、相移、相移入射線偏振光通過晶體后兩本征模產生的相位差入射線偏振光通過晶體后兩本征模產生的相位差E3oLn2nL23、折射率差、折射率差no:晶體晶體o光主折射率光主折射率 :晶體有效電光系數(shù)晶體有效電光系數(shù)E:直流電場強度直流電場強度L：晶體沿通光方向長度：晶體沿通光方向長度 ：真空中光波長：真空中光波

5、長5、半波電壓、半波電壓 使相移等于使相移等于 所須電壓所須電壓32onU 縱向電光效應縱向電光效應橫向電光效應橫向電光效應LHnUo32H:晶體沿電場方晶體沿電場方向的長度向的長度6、電光晶體的作用、電光晶體的作用 若若 =45 ，則入、出射線偏振光方向，則入、出射線偏振光方向互相垂直互相垂直1、加、加: 相當于半波片相當于半波片,使入射線偏振光的偏振方使入射線偏振光的偏振方向繞任一本征偏振光的偏振方向轉過向繞任一本征偏振光的偏振方向轉過2 角角( 為入為入射線偏振光與該本征偏振光的夾角射線偏振光與該本征偏振光的夾角)U2、加、加: 相當于四分之一波片相當于四分之一波片,使入射線偏振光變使入

6、射線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光為橢圓偏振光2U若若 =45 ，則出射橢圓偏振光變?yōu)閳A偏振光，則出射橢圓偏振光變?yōu)閳A偏振光 a)a)電場沿電場沿x x軸，光傳播方向沿軸，光傳播方向沿z z軸軸( (橫橫) )兩本征偏振光方向分別沿兩本征偏振光方向分別沿x 、y (2)(2)鈮酸鋰鈮酸鋰(LN)(LN)b)b)電場沿電場沿y y軸，光傳播方向沿軸，光傳播方向沿z z軸軸( (橫橫) )兩本征偏振光方向分別沿兩本征偏振光方向分別沿x、y(1)(1)磷酸氫鉀磷酸氫鉀(KDP)KDP)7、常用電光晶體工作模式、常用電光晶體工作模式 電場與光傳播方向都沿電場與光傳播方向都沿z軸軸(縱縱)兩本征偏振光方向分別沿兩

7、本征偏振光方向分別沿x 、y 二、電光調二、電光調Q工作原理工作原理激光介質激光介質 激光激光全反鏡全反鏡輸出鏡輸出鏡起偏鏡起偏鏡檢偏鏡檢偏鏡電光器件電光器件激光介質激光介質全反鏡全反鏡輸出鏡輸出鏡起偏鏡起偏鏡檢偏鏡檢偏鏡電光器件電光器件+-1、Q開關開啟開關開啟2、Q開關關閉開關關閉三、電光調三、電光調Q激光器裝置激光器裝置1、帶偏振器的、帶偏振器的KDP電光調電光調Q激光器激光器YAG 激光激光全反鏡全反鏡輸出鏡輸出鏡偏振器偏振器KDP氙燈氙燈2U2、雙、雙45 LN電光調電光調Q激光器激光器YAG 激光激光全反鏡全反鏡輸出鏡輸出鏡LN氙燈氙燈45 45 zy x 當 =/2 時，所需電壓稱作四分之一波電壓，記作V/4；電光晶體上施以電壓 V/4 時，從偏振器出射的線偏振光經電光晶體后，沿 x和 x方向的偏振分量產生了 /2 位相延遲，經全反射鏡反射后再次通過電光晶體后又將產生 =/2 延遲，合成后雖仍是線偏振光，但偏振方向垂直于偏振器的偏振方向，因此不能通過偏振器。 這種情況下諧振腔的損耗很大，處于低這種情況下諧振腔的損耗很大，處于低Q值狀態(tài)，激光器不值狀態(tài)，激光器不能振蕩，激光上能級不斷積累粒子；能振蕩，激光上能級不斷積累粒子； 如果在某一