3.7.2 激光调Q技术
脉冲泵浦的调Q过程 泵浦初期： 将阈值调高，抑制激光 振荡的产生，使激光上 能级积累反转粒子数.
反转粒子数到最大时：
突然调低阈值，上能级 大量粒子雪崩式跃迁到 低能级，获得巨脉冲。
调Q方法：
Q开关
主动式Q开关： 谐振腔损耗由外部驱动源控制 电光调Q、声光调Q
被动式Q开关： 谐振腔损耗取决于腔内激光光强 可饱和吸收体（染料）调Q
激光脉冲的宽度大约是ms量级。这 个脉冲并不是平滑的，而是包含短 脉冲系列，其中脉冲宽度和时间间 隔在s数量级，并且激励越强，脉 冲的时间间隔越小。这种现象称作 尖峰振荡效应。
特点：
（1）n在 nt附近变化，
故输出功率低； （2）激光脉冲宽度很宽； （3）激光脉冲不够平滑。
光泵激励：反转粒子数密度增加 受激辐射：反转粒子数密度减少 由此得出；可以通过改变阈值来获得巨脉冲输出。
反射损耗： 电光调Q
衍射损耗： 声光调Q
吸收损耗： 可饱和吸收体调Q
1. 转镜调Q技术
将谐振腔的一个反射镜安装在旋转轴上，使其在每一转 动周期中，只有当两个反射镜面平行时损耗最小，因而通过 控制转镜，从而控制光腔的反射损耗即可达到调Q目的。
缺点：Q值变化时间长，难以获得短脉冲。
2. 可饱和吸收体调Q技术
2
相 位 差 的 电 压 称V
/4
电光调Q（反射式）装置：
电光调Q激光器示意图
电光晶体加 / 4 电压：电光Q开关关闭，不能形成激光
振荡，上能级粒子数得到积累。 电光晶体上未加电压：电光Q开关打开，形成激光振荡和 输出。
电光调Q（透射式）实验装置： 格兰-付克棱镜作为偏振器。未加电压时损耗很大，不形成 激光振荡，相当于Q开关关闭，上能级粒子数得到积累；当 调制晶体加/2电压时，线偏光经反射镜且二次经过调制晶体 后，振动方向相对原方向旋转180度， Q开关打开，形成激 光振荡，但不输出，光子储存在腔内。到一定时刻撤销晶体 外加电压，相当于Q开关关闭，则光立刻通过棱镜输出。
90年代：掺钛蓝宝石，6fs ，稳定
目前：紫光，阿秒 (1018 s)
1.锁模原理 （1）未锁模多纵模激光器的输出特性
2N+1个模式互不相干，完全独立，位相差不是常数。 激光输出的总光场是各个不同频率光场的无规则叠加的结 果，平均光强是各个纵模光强之和。
激光器中某一纵模电矢量：
则总的输出为
，各纵模为非相干叠加。
化，使通过晶体的不同偏振方向的光之间产生 相位差，从而使光的偏振状态发生变化。
沿Z轴传输、x方向偏振的光入射到Z轴加电压V的电光晶体 上，分解为正交的两个偏振分量，它们具有不同的折射率， 通过长度d的晶体后，产生相位差为
203 63 Ed 203 63 V
c
c
V不同，相位差不同。产 生
一定时间后，瞬间撤销超高频振荡声场，光无偏折地通 过晶体，Q值突然增大，从而产生一个强的激光脉冲输出。
3.7.3 激光锁模技术
调Q技术： 10－9 s 锁模技术： 10－13 ~ 1015 s
（巨脉冲） （超短脉冲）
锁模技术发展历程：
70年代：钕玻璃，皮秒 (1012 s)
80年代：染料激光器， 几十fs (1015 s) ，不稳 定
（3）半导体纳米薄膜被动调Q
采用磁控溅射和热退火制备半导体纳米薄膜作为可饱和吸收
体，实现调Q。
M1
M2
Nd:YVO4
LD
D
OSC.
nano Si/SiNx
(a）调Q脉冲序列 (40μ s/div.); (b)单脉冲波形 (40ns / div.)
3. 电光调Q技术
利用某些晶体的电光效应起到的延时作用，做成电光Q开关。 电光效应：某些晶体在外加电场作用下，其折射率发生变
3.7ห้องสมุดไป่ตู้激光脉冲技术 普通激光器输出的光脉冲是一群由宽度只有s量级的强度
不同的小尖峰脉冲组成的序列。为了适应激光的某些应用，产 生激光调Q技术和激光锁模技术。调Q技术可以产生脉宽107~10-9s量级、峰值功率MW量级的巨脉冲，锁模技术可以产生 10-12—10-15s量级的超短脉冲。
3.7.1 脉冲激光器的尖峰效应 闪光灯泵浦的固体脉冲激光器，
当 t m 时，m=0，1，2……光强最大
2
I (t)

lim
t m 2
E02
sin 2
(2N
特点：光脉冲时间宽度很小，相当于2L/c
4. 声光调Q技术 声光效应： 当介质中有超声波传播时， 超声波使介质产生弹性应力 或应变，介质中的折射率发 生变化，可近似看作光栅。 光束通过这种介质就会发生 衍射，使光束产生偏转。
光栅常数＝声波波长 S
衍射光相对于
入射光偏离2
声光调Q激光器
当外加高频振荡的超声信号时，光束沿布拉格角偏折， 从而偏离了谐振腔的轴向，此时Q值很低，不能形成激光振 荡，但这一阶段，激光工作物质亚稳态上的粒子大量积累；
I (2N 1)E02
（2）锁模 如果让各模的频率间隔保持相等并使各模的位相差保持为
常数，激光器输出在时间上有规则的等间隔的短脉冲序列。
设腔内有q＝-N，-(N-1)，……0，……(N-1)，N ，共(2N+1)
个模式，又设相邻模式的圆频率之差
，则
如各模式的振幅相等，Eq=E0，初位相相同且为q=0，则
可饱和吸收体对该激光器振荡波长的光有强烈的吸收作
用，且吸收系数随入射光的增强而不断减小:
（1）染料调Q
0
1 I / IS
在通常的固体激光器腔内插入装有饱和染料的染料盒。 泵浦前一阶段，腔内光强还很弱，因而染料对光吸收强烈， 腔损耗很大，Q值很低，不能形成激光；随着泵浦的继续， 亚稳态上粒子越积越多，腔内光强逐渐增大，吸收逐渐减小， Q值不断增大；光强大到一定值时，染料对该波长的光就变 为透明，称为染料漂白，Q值达到最大，相当于Q开关开启， 于是激光器输出一个强的激光脉冲。
染料调Q技术 染料的选择：
（1）染料吸收峰中心波长和激光波长基本吻合； （2） I s 具有合适的数值，以得到合适的“开关”速度； （3）具有一定稳定性和保存期，以利于使用。
可制成固态的染料片。
（2）晶体的被动调Q
Cr4 :YAG对1064nm激光有可饱和吸收，可用于Nd :YAG激光器调Q.