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激光调Q技术

导读: 激光调Q技术是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中,从而使激光光源的峰值功率提高几个数量级的一种技术。

  激光调Q技术是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中,从而使激光光源的峰值功率提高几个数量级的一种技术。激光调Q技术的基础是一种特殊的光学元件--快速腔内光开关,一般称为激光调Q开关或简称为Q开关。激光调Q技术的目的是:压缩脉冲宽度,提高峰值功率。

  Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标,一个品质因数。Q值定义=2π×谐振腔内储存的能量/每震荡周期损耗的能量。

  Q值愈高,所需要的泵浦阈值就越低,亦即激光愈容易起振。在一般的脉冲固体激光器中,若不采用特殊的措施,脉冲激光在腔内的振荡持续时间与光泵脉冲时间(毫秒量级左右)大致相同,因此输出激光的脉冲功率水平亦总是有限的。

  如果采用一种特殊的技术,使光泵脉冲开始后相当长一段时间,有意降低共振腔的Q值而不产生激光振荡,则工作物质内的粒子数反转程度会不断通过光泵积累而增大,然后在某一特殊选定的时刻,突然快速增大共振腔的Q值,使腔内迅速发生激光振荡,积累到较高程度的反转粒子数能量会集中在很短的时间间隔内快速释放出来,从而可获得很窄脉冲宽度和高峰值功率的激光输出。实现以上目的,最常用的方法是在共振腔内引入一个快速光开关--Q开关,其在光泵脉冲开始后的一段时间内处于“关闭”或“低Q”状态,此时腔内不能形成振荡而粒子数反转不断得到增强。在粒子数反转程度达到最大时,腔内Q开关突然处于“接通”或“高Q”状态,从而在腔内形成瞬时的强激光振荡,并产生所谓的调Q激光脉冲输出到腔外。

  下面分别介绍几种常用的调Q开关和工作原理。主动调Q一般是有电光晶体调Q,声光晶体调Q;被动调Q一般有可吸收染料调Q,Cr4:YAG可饱和吸收调Q。

  电光调Q技术

  利用晶体的电光效应,在晶体上加一阶跃式电压,调节腔内光子的发射损耗。开始工作时,晶体两端加一电压,由于晶体的偏振效应,谐振腔的损耗很大,Q值低,激光不振荡,激光上能级不断积累粒子数,Q开光处于关闭状态。某一特定时刻,突然撤去晶体两端电压,谐振腔突变至损耗低,Q值高,Q开关打开,形成巨脉冲激光。典型的Nd:YAG,电光调Q激光器的输出光脉冲宽度约为纳秒级,峰值功率达到数兆瓦至数十兆瓦。适用于脉冲式泵浦激光器。

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