上海大学材料学院电子系
声光调Q技术
1.下图是一个声光调Q的YAG激光器的示意图。腔内 插入的声光调Q器件由声光互作用介质(如熔融石英)和 键合于其上的换能器所构成的。 2.原理：在激光谐振腔内放置声光偏振器，当光通过 介质中的超声场时，由于衍射造成光的偏折，就会增加 损耗而改变腔的Q值。
声光调Q装置示意图

产生驰豫振荡的主要原因：当激光器的工作物质被 泵浦，上能级的粒子反转数超过阈值条件时，即产 生激光振荡，使腔内光子数密度增加，从而发射激 光。随着激光的发射，上能级粒子数大量被消耗， 导致粒子反转数降低，当低于阀值时，激光振荡就 停止。这时，由于光泵的继续抽运，上能级粒子反 转数重新积累。
当超过阈值时，又产生第二个脉冲，如此不断重复 上述过程，直到泵浦停止才结束。每个尖峰脉冲都 是在阈值附近产生的，因此脉冲的峰值功率水平较 低。增大泵浦能量也无助于峰值功率的提高，而只 会使小尖峰的个数增加。
第一阶段：积累阶段
偏振光通过KDP晶体时分解为沿X和Y方向振动的振幅相 等的两束光，两束光的振动方向垂直，频率相同，沿相同方 向传播时，其合成的规迹由两光的相位差来决定，当 时，两束光合成为一线偏光，它的振动方向相对入射光的原 振动方向旋转90度。因为P1//P2，所以，从晶体出来的光不 能通过P2，被P2反射掉。所以光不能在腔内来回传播形成振 荡。这就相当于腔内光子的损耗很大，Q值很高，称为“关 门”状态。
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Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标——品质因数。 Q值定义：在激光谐振腔内，储存的总能量与腔内单位时间损耗的能量之比。 即
谐振腔内储存的能量 Q 2π 每振荡周期损耗的能量
调节Q值的途径 ：
Q值与谐振腔的损耗成反比一般采取改变腔内损耗的办法
来调节腔内的Q值。
泵浦时令腔损耗很大(Q很小),突然减小损耗(增 大Q),使积蓄的反转粒子数在短时间内完成受激辐射, 形成光脉冲.
激光波长处吸收系数随能量密度增加 而减小直至饱和的可饱和吸收特性， 上海大学材料学院电子系 将其置于谐振腔内起到调制Q值的作用
电光调Q技术
电光效应：沿电光晶体的某一特定方向加直
流电场后,在光轴方向上产生双折射现象，即 入射线偏振光将分解为两个偏振方向正交的 本征偏振光
电光调Q是指在激光谐振腔内加置一块偏振
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通常的激光器谐振腔的损耗是不变的，一旦光泵浦使反转
粒子数达到或略超过阈值时，激光器便开始振荡，于是激光上 能级的粒子数因受激辐射而减少，致使上能级不能积累很多的 反转粒子数，只能被限制在阈值反转数附近。这是普通激光器 峰值功率(一般为几十千瓦数量级) 不能提高的原因。 要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加）
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（2工作物质的反转粒子数达到最 大值 n0 时，突然退去晶体上的电压，这时晶 体又恢复了原来的状态，光在腔内形成振荡 。
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电光调Q应用
RTP晶体/RTP Q开关
半导体泵浦激光打标机
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高功率激光器：

追求单脉冲能量 追求峰值功率 追求更窄的脉宽
调Q技术的目的： 压缩脉冲宽度，提高峰值功率。
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要获得高的超阈度，要求泵浦强，损耗低
峰值光子数密度
250000
超阈度: D
ni nth
ni ni ni ni ni
nth =10 nth =20 nth =30 nth =40 nth =50
片和一块KDP晶体。
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光经过偏振片后成为线偏振光，如果在KDP晶体上 外加λ/4电压，由于泡克尔斯效应，使往返通过晶体 的线偏振光的振动方向改变π/2。 如果KDP晶体上未加电压，往返通过晶体的线偏振 光的振动方向不变。

电光调Q装置示意图
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电光调Q技术分为两个阶段
200000
150000
100000
50000
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
s
光脉冲宽度
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几种激光调Q技术
机械转镜调Q
分 类
电光调Q技术
主动式调Q方法
高压、快速电光驱动器或射 频调制器等外部条件人为地 改变激光腔内Q值的技术
声光调Q技术
染料调Q技术
被动式调Q方法
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激光调Q原理
脉冲固体激光器的输出特性
将普通脉冲固体激光器输出的脉冲用示波器进行观察、记录，发现其波 形并非一个平滑的光脉冲，而是由许多振幅、脉宽和间隔作随机变化的尖峰 脉冲组成的，如图(a)所示。图(b)所示为观察到的红宝石激光器输出的尖峰。
这种现象称为激光器驰豫振荡。
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激光调Q技术
刘强 11721442
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概述
激光调Q技术原理
几种激光调Q技术
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概述
调Q技术的出现和发展，是激光发展史上 的一个重要突破，它是将激光能量压缩到宽 度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功 率可提高几个数量级的一种技术。
调Q激光器用于很多方面：阴影照相，测量高速 运动的物体速度，全息照相，对运动物体拍照等。
电光调Q技术特点
1.有较高的动态损耗（９９％）和插入损耗（１５％）
9 10 2.开关速度快，同步性能好。开关时间可以达到 秒
3.典型的Nd:YAG
电光调Q激光器的输出光脉冲宽度
约为１０-20ns，峰值功率达到数兆瓦至数十兆瓦 4.适用于脉冲式泵浦激光器，由于该技术较高的插入损 耗使激光器无法振荡而不适用于连续泵浦激光器
激光器的阈值来实现，就是当激光器开始泵浦初期，设法将激
光器的振荡阈值调得很高，抑制激光振荡的产生，这样激光上 能级的反转粒子数便可积累得很多。
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当反转粒子数积累到最大时，突然把阈值调 到很低，积累在上能级的大量粒子便雪崩式 的跃迁到低能级，于是在极短的时间内将能 量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲 激光输出。 改变激光器的阈值是提高激光上能级粒子数 积累的有效方法。