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解析声光调Q技术

2015-11-30 09:43
来源: 激光网

  声光调Q是在二极管泵浦固体激光器中获得可调制脉冲和高重复频率的有效手段。但是由于声光Q开关对于高能量的二极管泵浦激光器的开关能力较差,当应用于高功率DPL时会存在一系列问题。

    声光调Q过程中,Q开关在激光器中引入两类阈值:第一阈值是在声光Q开关有高声光衍射效率时,即谐振腔处于高损耗的状态时的阈值;第二个阈值是声光Q开关在打开状态时声光不发生衍射,即激光器输出脉冲时的阙值。第二阈值会影响脉冲的大小、形态、脉冲的建立时间。而第一个阈值须保证在Q开关打开之前,谐振腔内的振荡光不起振。在特定泵浦条件下对于声光Q开关来说,声光衍射的效率只要大于某个最小值就可以获得符合条件的第一阈值。在第一阈值的条件下,使得激光晶体的上能级粒子数积累到一定程度,此时打开声光调Q开关激光脉冲便会开始振荡。

    声光Q开关的衍射效率决定了激光脉冲的参数,声光Q开关衍射效率与超声场强度、材料的声光优值、换能器的长度和光波波长有关。随着DPL功率的增加,对于提高声光Q开关衍射效率也提出了要求。为了获得满足需要的较高的衍射效率,可以采用下例方法:首先,可以选声光优值高的声光材料,但是其插入损耗又会增大;其次,可以通过增加声光介质的通光长度,但是也会增大插入损耗并且受到腔长的限制;第三,可以通过增加声光Q开关的激励功率来增大超声场的强度,但是激励功率不能无限度的增大,而且当电功率太大时,会导致声光晶体过热,并造成损坏。第四,可以压缩光波波长,但是对于特定的激光器,波长是固定的。提高声光衍射效率受到了各种实际因素的影响。

  研究中发现,实际激光光场和超声波声场都是有一定的发散角的。对于光束每个特定方向的分量总能找到一个适当方向的声波满足布拉格衍射。计算出每个发散角的衍射效率就能的到总的衍射效率。换能器长度和入射角方向对衍射效率都有影响,分析不同谐振腔中声光Q开关的应用效果和提高声光调Q开关的工程稳定性的方法,有助于降低实验难度和激光器成本。

  叶艳等研究了超声场分布不均匀的情况下计算声光调Q衍射效率的空间分布。他们通过数值计算得到了声光晶体中超声场的空间分布,并且分析得到声光晶体中衍射效率的空间分布规律,并指出在衍射效率最大的位置进行调Q可以发挥它最佳的性能。于晓芳等主要对非平行光场入射时的声光衍射效率以及声光开关的衍射效率的变化速率对输出脉冲的时间特性的影响这两个方面进行了研究。但是她只考虑了非平行入射光,并未考虑声场的分布对衍射效率的影响。崔志超等研究了二维声光调Q的衍射效率,同样也只考虑了由于换能器的长度有限和声光晶体中的声衰减因素,并未考虑光场的非平行性。王刚等研究了在输出脉冲能量一定的情况下,声光调Q激光器所需要的最小衍射效率如何确定的问题。通过对调Q反转粒子数密度的求解,获得了调Q激光器输出的一定脉冲能量与腔内损耗、所需最小Q开关的衍射效率,输出镜的反射率等的关系公式。这一结果为声光调Q激光器Q开关衍射效率的设计提供简便的估算方法。
 

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