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声光调Q固体激光器国内外发展现状

2015-11-28 09:16
来源: 激光网

  调Q技术的出现和发展是激光发展历史上的一个重要突破。它是将连续或者脉冲激光能量压缩到时间宽度极窄的脉冲中发射,从而使得光源的峰值功率提高几个数量级的一种技术。

  Q调制技术的基本原理

    通过某种方法使谐振腔损耗δ按规定程序变化,在泵浦激励刚开始的时候,先使光腔有高损耗δH,激光器由于阈值太高,不能产生激光震荡,使得上能级粒子数可以大量积累,当积累到饱和值时,突然使腔损耗突然降低到δ,阈值也突然降低,这时反转集居数大大的超过阈值,受激辐射迅速的增强。于是在短时间内大部分上能级粒子储存的能量转变为激光能量,在输出端产生一个强的激光巨脉冲输出。

  采用调Q技术很容易得到峰值功率高于兆瓦,脉冲宽度为几十纳秒的激光脉冲。常用的调Q方式有:主动调Q,即谐振腔的损耗是由外部驱动控制的,如电光调Q、声光调Q和转镜调Q等;还有一种是被动调Q,即谐振腔损耗取决于谐振腔内的激光光强,如饱和吸收调Q等。

  连续LD泵浦调Q固体激光器国内外研究现状

  未经调Q技术处理过的脉冲固体激光器,其输出激光的脉冲宽度为几百微秒到毫秒量级,峰值功率也只有几十千瓦量级,这显然满足不了各个领域对激光应用的要求,正是这种要求推动人们采用并发展了激光调Q技术,人们利用调Q技术使固体激光器产生了脉宽为纳秒,皮秒量级峰值功率为吉瓦量级的巨脉冲。在以激光通信,激光测距为代表的空间领域以及激光打标,激光抛光,激光焊接为代表的激光微加工领域的应用中,不仅要求调Q固体激光器有窄脉宽,高峰值功率的脉冲输出,还要求调Q固体激光器有高重复频率,这就推动了连续固体激光器的发展。

  自19世纪八十年代以来,随着高效率,高功率的连续LD及其列阵的发展,连续LD泵浦的固体激光器开始蓬勃发展起来,并且带动了连续LD泵浦调Q固体激光器的快速发展。采用不同的调Q原理,人们开发出了多种连续LD泵浦调Q固体激光器:连续LD泵浦声光调Q固体激光器,连续LD泵浦电光调Q固体激光器和连续LD泵浦被动调Q固体激光器等。其中,连续LD泵浦声光调Q固体激光器无论在重复频率方面,还是在输出功率方面的发展都是领先的。2002年,LambdaPhysik生产的调Q激光器波长为1064nm,重复频率10kHZ,平均功率小于27W,单脉冲能量小于2.7mJ,脉冲宽度近似为153ns,峰值功率180kW,光束宽度为0.5mm,空间模式为TE模,2003年,以色列人R.Feldman等利用:YAG晶体对连续Nd:YAG激光器进行被动调Q实验,用光线耦合二极管激光器泵浦,获得了平均功率超过2W,重复频率2.7至37kHZ,脉冲宽度约为5.6ns的脉冲激光。2004年,郭丽,姚建栓等采用80个20W的LD呈五角型阵列泵浦Nd:YAG棒单声光调Q装置,并采用了KTP晶体腔内倍频技术,在泵浦电流为17.5A,声光调制频率为20.4kHZ时,获得了平均输出功率97W,脉冲宽度为150ns的准连续绿光,2004年,宋标等采用连续LD端面泵浦,Nd:YV晶体,在输入电流为25A,电光开关重复频率为1kHZ时,获得了1064nm激光的平均输出功率为160mW,脉宽20ns。同年,石鹏等采用部分端面泵浦混合腔Nd:YV激光器,BBO电光Q开关,在重复频率为5kHZ时,获得了单脉冲能量为7.2mJ,脉宽5.7ns,平均功率约为36W的脉冲激光。2006年,李港等将玻片引入到谐振腔中,利用熔石英在垂直和平行声场两个方向的声光优值于光的偏振太有关的特性,有效地提高了声光Q开关的衍射效率,提高了声光Q开关关断连续Nd:YAG激光的能力。由于电光调Q所需电压过大,外加电压两路的设计比较困难,所以对于连续LD泵浦的固体激光器不容易实现高重频。2006年,薄勇等采用LD泵浦Nd:YAG晶体,双棒串联结构,利用双声光Q开关正交放置,在泵浦频率1116W时,获得了平均功率达256W,重复频率为10kHZ,脉宽64ns,峰值功率为0.4GW的脉冲激光。2007年,F.He等报道了连续LD泵浦声光调QNd:YV激光器,重读频率达到500kHZ,在泵浦功率为38W时,得到了平均输出功率17.7W的脉冲激光,2007年,李旭东等采用LD双端泵浦Nd:GdV晶体,声光调Q技术,在泵浦功率达43W时,获得了重复频率100kHZ,峰值功率3.6kW,脉宽28.1ns的脉冲激光。为了提高连续LD泵浦固体激光器中声光Q开关的关断能力,人们分别采用了双声光Q开关法和腔内加玻片法。
 

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