激光基本技术课件.ppt

1、4 激光基本技术选模技术稳频技术调Q技术锁模技术光束变换调制技术偏转技术v即选频技术v多模-选模-单模纵模选取:对输出功率影响大,提高激光相干性-选频横模选取:对激光输出的光强均匀性有影响,提高激光亮度-选模4.1激光器输出的选模激光器输出的选模 4.1.1 4.1.1 激光单纵模的选取激光单纵模的选取 1.1.均匀增宽型谱线的纵模竞争均匀增宽型谱线的纵模竞争(1)当强度很大的光通过均匀增益型介质时粒子数反转分布值下降，增益系数相应下降，但光谱的线型并不改变。阈GIGqq),(2)多纵模的情况下，如图4-1所示，设有q-1，q，q+1三个纵模满足振荡条件。随着腔内光强逐步增强，q-1和q+1模

2、都被抑制掉，只有q模的光强继续增长，最后变为曲线3的情形。图4-1 均匀增宽型谱线纵模竞争(3)若此时的光强为Iq，则有 ，于是振荡达到稳定，使激光器的内部只剩下q纵模的振荡。这种现象叫做“纵模的竞争”，竞争的结果总是最靠近谱线中心频率的那个纵模被保持下来。(4)在均匀增宽的稳定态激光器中，当激发比较强时，也可能有比较弱的其他纵模出现，如何解释？这种现象称为模的“空间竞争”。4.1.1 4.1.1 激光单纵模的选取激光单纵模的选取 2.2.非非均匀增宽型谱线的多纵模振荡均匀增宽型谱线的多纵模振荡(1)非均匀增宽激光器的输出一般都具有多个纵模。3.3.单纵模的选取单纵模的选取(1)短腔法：两相邻

3、纵模间的频率差 ，要想得到单一纵模的输出，只要缩短腔长，使 的宽度大于增益曲线阈值以上所对应的宽度。例He-Ne激光器)2(Lcqq缺点 激活介质的工作长度缩短 输出功率受到限制 有些激光输出谱线荧光宽度很宽，若要加大到足够的纵模间宽度，势必要使腔长缩到很短，激活介质的工作长度相应变短，以至于难以实现粒子束密度反转。（例如YAG）4.1.1 4.1.1 激光单纵模的选取激光单纵模的选取(2)法布里-珀罗标准具法：如图4-2所示，在外腔激光器的谐振腔内，沿几乎垂直于腔轴方向插入一个法布里珀罗标准具 图(4-2)法布里-珀罗标准具法示意图由于多光束干涉的结果，对于满足下列条件的光具有极高的透射率2

4、22sin2dmcm能获得最大透射率的两个相邻的频率间隔为 222sin2dcm4.1.1 4.1.1 激光单纵模的选取激光单纵模的选取 3.3.单纵模的选取单纵模的选取(3)三反射镜法（复合腔选模法）：如图4-3所示，激光器一端的反射镜被三块反射镜的组合所代替，其中M3和M4为全反射镜，M2是具有适当透射率的部分透射部分反射镜。这个组合相当于两个谐振腔的耦合。图4-3 三反射镜法两个谐振腔的纵模频率间隔分别为：c/2(L1+L2)和c/2(L2+L3)（4）单反射表面腔法、行波腔选模法、晶体双折射选模法、吸收介质选模法等。4.1.2 4.1.2 激光单横模的选取激光单横模的选取 1.1.衍射

5、损耗和菲涅耳数衍射损耗和菲涅耳数(1)由于衍射效应形成的光能量损失称为衍射损耗。(2)如图4-4所示的球面共焦腔，镜面上的基横模高斯光束光强分布可以表示为)2exp()(2120II(3)单程衍射损耗为射到镜面外而损耗掉的光功率 与射向镜面的总光功率 之比2122expaD21020212002)2exp(2)(IdIdI)2exp(22)(212210aIdIa图4-4 腔的衍射损耗4.1.2 4.1.2 激光单横模的选取激光单横模的选取 1.1.衍射损耗和菲涅耳数衍射损耗和菲涅耳数(4)分析衍射损耗时为了方便，经常引入一个所谓“菲涅尔数”的参量，它定义为 NLLaND2exp12图4-4

6、腔的衍射损耗2122expaD反射镜面半径越大衍射损耗越小；镜面光斑尺寸越小衍射损耗也越小。横模阶次越高则光斑尺寸越大，因此在a一定的情况下，越高阶的横模，其衍射损耗越大，只有基横模的衍射损耗最小，这一特点有利于对基横模的选取。菲涅耳数越大，单程衍射损耗越小4.1.2 4.1.2 激光单横模的选取激光单横模的选取 2.2.衍射损耗曲线衍射损耗曲线(1)图4-5给出了圆截面共焦腔和圆截面平行平面腔的衍射损耗菲涅尔数曲线。图4-5 不同腔的衍射损耗曲线4.1.2 4.1.2 激光单横模的选取激光单横模的选取 3.3.光阑法选取单横模光阑法选取单横模 (1)基本做法是在谐振腔内插入一个适当大小的小孔

7、光阑。图4-6 聚焦光阑法优点优点：结构简单，调整方便。缺点缺点：受小孔限制，工作物质的体积不能充分利用，输出功率比较小，腔内密度高时，小孔易损坏。4.1.2 4.1.2 激光单横模的选取激光单横模的选取 4.4.聚焦光阑法和腔内望远镜法选横模聚焦光阑法和腔内望远镜法选横模 (2)腔内加望远镜系统的选横模方法，其结构如图4-7所示。图4-7 腔内望远镜法优点：能充分利用激光工作物质，获得较大功率的基横模输出 可通过调节望远镜的离焦量得到热稳定性很好的激光输出 输出光斑大小适当，不致损伤光学元件4.2.1 4.2.1 影响频率稳定的因素影响频率稳定的因素对共焦腔的TEM00模来说，谐振频率的公式

8、可以简化为：Lcq2当L的变化为L，的变化为时，引起的频率相对变化为：)(LL稳定度稳定度是指激光器在一次连续工作时间内的频率漂移与振荡频率之比 S复现度复现度是激光器在不同地点、时间、环境下使用时频率的相对变化量 R4.2 激光器的稳频激光器的稳频频率稳定性包括两个方面：一是频率稳定度；二是频率复现度频率的相对变化取决于腔长L和平均折射率 受外界条件的扰动而发生的变化1.腔长变化的影响腔长变化的影响)(LL(1)温度变化：一般选用热膨胀系数小的材料做为谐振腔的的支架(2)机械振动：采取减震措施2.折射率变化的影响折射率变化的影响(1)内腔激光器:温度T、气压P、湿度h的变化很小，可以忽略(2

9、)外腔和半内腔激光器:腔的一部分处于大气之中，温度T、气压P、湿度h的变化较放电管内显著。应尽量减小暴露于大气的部分，同时还要屏蔽通风以减小T、P、h的脉动。4.2 激光器的稳频激光器的稳频4.2.2 4.2.2 稳频方法概述稳频方法概述1.被动式稳频被动式稳频利用热膨胀系数低的材料制做谐振腔的间隔器；或用膨胀系数为负值的材料和膨胀系数为正值的材料按一定长度配合把单频激光器的频率与某个稳定的参考频率相比较，当振荡频率偏离参考频率时，鉴别器就产生一个正比于偏离量的误差信号。2.主动式稳频主动式稳频(1)把激光器中原子跃迁的中心频率做为参考频率，把激光频率锁定到跃迁的中心频率上，如兰姆凹陷法。(2

10、)把振荡频率锁定在外界的参考频率上，例如用分子或原子的吸收线作为参考频率，选取的吸收物质的吸收频率必须与激光频率相重合。如饱和吸收法。4.2.3 4.2.3 兰姆凹陷法稳频兰姆凹陷法稳频1.兰姆凹陷的中心频率即为谱线的中心频率 ，在其附近频率的微小变化将会引起输出功率的显著变化。这种稳频激光器的基本结构如图4-8所示 图4-8 兰姆凹陷法稳频激光器的基本结构04.2.3 4.2.3 兰姆凹陷法稳频兰姆凹陷法稳频2.腔长自动补偿系统的方框图如图4-9所示 图4-9 兰姆凹陷法稳频方框图压电陶瓷加一直流电压：使初始频率为压电陶瓷上还需加一频率为f(约为lkHz)、幅度很小(只有零点几伏)的交流讯号

11、，此讯号称为“搜索讯号”0图4-10 稳频原理4.2.3 4.2.3 兰姆凹陷法稳频兰姆凹陷法稳频3.图4-10为稳频原理示意图。假如由于某种原因(例如温度升高)使L伸长，引起激光频率由 偏至 ，与 的位相正好相反 0AP假如由于某种原因(例如温度降低)使L缩短，引起激光频率由 偏至 ，与 的位相正好相同 0BP在中心频率附近0，不论是小于0还是大于0，其结果都是使输出功率P增加，而且此时P将以频率2f变化4.2.3 4.2.3 兰姆凹陷法稳频兰姆凹陷法稳频图(4-11)不同同位素对兰姆凹陷的影响4.注意事项第一、激光器的激励电源是稳压和稳流的。第二、氖的不同同位素的原子谱线中心有一定频差。第

12、三、频率的稳定性与兰姆凹陷中心两侧的斜率大小有关。4.2.4 4.2.4 饱和吸收法稳频饱和吸收法稳频1.饱和吸收法稳频的示意装置如图4-12所示。2.与激光输出功率曲线的兰姆凹陷相似，在吸收介质的吸收曲线上也有一个吸收凹陷，如图4-13所示 图4-12 饱和吸收法稳频的装置示意图图4-13 吸收介质的吸收曲线3.由于吸收管内的压强很低，碰撞增宽很小，所以吸收线中心形成的凹陷比激光管中兰姆凹陷的宽度要窄得多。4.2.4 4.2.4 饱和吸收法稳频饱和吸收法稳频4.激光通过激光管和吸收管时所得到的单程净增益应该是激光管中的单程增益 和吸收管中的单程吸收 的差，即)(G)(A)()()(AGG净如

13、图4-14(a)，只有频率调到 附近激光才能振荡。0如图4-14(b)，频率在整个线宽范围内调谐均能振荡。图(4-14)反转兰姆凹陷4.3.1 4.3.1 高斯光束通过薄透镜时的变换高斯光束通过薄透镜时的变换1.透镜的成像公式：，注意参数的正负。从波动光学的角度讲，薄透镜的作用是改变光波波阵面的曲率半径。fss1112.从光波的角度看，规定发散球面波的曲率半径为正，会聚球面波的曲率半径为负，则如图4-15所示，成像公式可改写为：fRR111图4-15 球面波通过薄透镜的变换实际问题中，通常 和 是已知的，此时 ，则入射光束在镜面处的波阵面半径和有效截面半径分别为：0ssz 0)(1 220ss

14、R2200)(1s3.将透镜的变换应用到高斯光束上。如图4-16所示，有以下关系：fRR111图4-16 高斯光束通过薄透镜的变换4.由 和式可求得出射光束在镜面处的波阵面半径 和有效截面半径 。R22220222200220)(1)(1)(1)(1 RRRssssR这样我们可以通过入射光束的 、来确定出射光束的 、了。0s0s),(),()(1)(1 111002200220fsgfshRsssRfRR图4-16 高斯光束通过薄透镜的变换(1)短焦距：即fR 4.3.2 4.3.2 高斯光束的聚焦高斯光束的聚焦1.高斯光束入射到短焦距透镜时的聚焦情形高斯光束入射到短焦距透镜时的聚焦情形(2)

15、短焦距时1 )(1)(11212222fffRRsfRffRfRfffs)(1 22211)1(xxx(4)由前面的结论可得：122222222222202)(1)()(1)()(11fffffffRfRf0(3)在满足条件 和 的情况下，出射的光束聚焦于透镜的焦点附近。如图4-17所示，这与几何光学中的平行光通过透镜聚焦在焦点上的情况类似。fR 12f图4-17 短焦距透镜的聚焦(5)即缩短 和加大 都可以缩小聚焦点光斑尺寸的目的。4.3.2 4.3.2 高斯光束的聚焦高斯光束的聚焦1.高斯光束入射到短焦距透镜时的聚焦情形高斯光束入射到短焦距透镜时的聚焦情形f0f前一种方法就是要采用焦距小的

16、透镜 后一种方法又有两种途径：一种是通过加大s来加大；另一种办法就是加大入射光的发散角从而加大 ，加大入射光的发散角又可以有两种做法，如图4-18和图4-19图4-18 用凹透镜增大后获得微小的0图4-19 用两个凸透镜聚焦2200)(1)(zz022(6)4.3.2 4.3.2 高斯光束的聚焦高斯光束的聚焦1.高斯光束入射到短焦距透镜时的聚焦情形高斯光束入射到短焦距透镜时的聚焦情形sssffssfssfssfsf 1)()(1)(1)(100002202200202200022000这与几何光学中物、象的尺寸比例关系是一致的。通过以上的讨论我们看到，不论是聚焦点的位置，还是求会聚光斑的大小，

17、都可以在一定的条件下把高斯光束按照几何光学的规律来处理4.3.2 4.3.2 高斯光束的聚焦高斯光束的聚焦2.入射高斯光束的腰到透镜的距离入射高斯光束的腰到透镜的距离s等于透镜焦距等于透镜焦距f的情形的情形fssRRsffRfRRffRssRfs220022220220220)(1)(1)(1 111)(1)(1(1)(2)同理有：002222022022002200)(1)(1)(1)(1fRffRfsfs(3)根据高斯光束的渐变性可以设想，只要 和 相差不大，高斯光束的聚焦特性会与几何光学的规律迥然不同。sf4.3.3 4.3.3 高斯光束的准直高斯光束的准直1.高斯光束的准直：改善光束的

18、方向性，压缩光束的发散角。2.可以看出，增大出射光束的腰粗就可以缩小光束的发散角。02200fsssf0000122101200201022 222MffMMffffff 3.选用两个透镜，短焦距的凸透镜和焦距较长的凸透镜可以达到准直的目的。图(4-20)倒装望远镜系统压缩光束发散角M是高斯光束通过透镜系统后光束发散角的压缩比。M是倒置望远镜对普通光线的倾角压缩倍数。由于f2f1，所以M1。又由于 0，因此有M M 1l激光调制技术激光调制技术l激光调激光调Q Q技术技术l激光锁模技术激光锁模技术l激光倍频技术激光倍频技术激光调制技术激光调制技术什么是激光调制？什么是激光调制？激光作为载波，将

19、信息（调制信号）加到载波上激光作为载波，将信息（调制信号）加到载波上)cos(ccctAE振幅（光强）调制相位调制最常用：电光、声光最常用：电光、声光)cos1(tAkAmmccmmctAktcostAmmcos激光调制就是把激光作为载波携带低频信号激光调制就是把激光作为载波携带低频信号。4.4.1 4.4.1 激光调制的基本概念激光调制的基本概念1.激光调制激光调制就是把激光作为载波携带低频信号就是把激光作为载波携带低频信号。2.激光调制可分为内调制和外调制两类。这里讲的主要是外调制。激光调制可分为内调制和外调制两类。这里讲的主要是外调制。00()(1cos)cos()mEtEMtt2200

20、()(1cos)cos()2ImEI tMtt00()cos(sin)FFmE tEt Mt3.激光的瞬时光场的表达式激光的瞬时光场的表达式 00()cos()EtEt瞬时光的强度为瞬时光的强度为 22200()()cos()I tE tEt若调制信号是正弦信号若调制信号是正弦信号 ()cosmma tAt则：则：激光幅度调制的表达式为激光幅度调制的表达式为 激光强度调制的表达式为激光强度调制的表达式为 激光频率调制的表达式为激光频率调制的表达式为 激光相位调制的表达式为激光相位调制的表达式为 00()cos(sin)PPmE tEt Mt4.4.2 4.4.2 电光强度调制电光强度调制1.图

21、图(421)(a)是一个典型的电光强度调制的装置示意图。它由两块交叉是一个典型的电光强度调制的装置示意图。它由两块交叉偏振片及其间放置的一块单轴电光晶体组成。偏振片的通振动方向分别偏振片及其间放置的一块单轴电光晶体组成。偏振片的通振动方向分别与与x x、y y轴平行。轴平行。图(4-21)电光调制装置示意图z振幅（光强）调制振幅（光强）调制xyxytAkAAmmccos),cos2121(其中yxx/4/4EExEyy4.4.2 4.4.2 电光强度调制电光强度调制2.设某时刻加在电光晶体上的电压为设某时刻加在电光晶体上的电压为V，入射到晶体的在，入射到晶体的在x方向上的线偏方向上的线偏振激光

22、电矢量振幅为振激光电矢量振幅为E，则：，则：通过晶体后沿快轴通过晶体后沿快轴 和慢轴和慢轴 的电矢量振幅都变为的电矢量振幅都变为 x y2E沿沿 和和 方向振动的二线偏振光之间的位相差方向振动的二线偏振光之间的位相差 x yV63202通过通振动方向与通过通振动方向与 y y 轴平行的偏振片检偏后产生的光振幅轴平行的偏振片检偏后产生的光振幅(见图见图4 421(b)21(b)分别为分别为 ，则有，则有 ，其相互之间的位相差，其相互之间的位相差为为 。则有：。则有：yxEyyE2EEEyyyx)cos1(21)cos(22222EEEEEEyyyxyyyxVIEEI633020222sin2si

23、n4.4.2 4.4.2 电光强度调制电光强度调制3.图图(422)画出了画出了 曲线的一部分以及光强调制的情形曲线的一部分以及光强调制的情形。为使工。为使工作点选在曲线中点处，通常在调制晶体上外加直流偏压作点选在曲线中点处，通常在调制晶体上外加直流偏压 来完成。来完成。VII0图(4-22)I/I0-V曲线2V4.如外加信号电压为正弦电压如外加信号电压为正弦电压(电压幅值较小电压幅值较小)，则输出光，则输出光强近似为正弦形。强近似为正弦形。tVVsin0)sinsin(1 21sin24sin2sin0002020tVVItVVIIItVVIIsin22100V0VV级数展开级数展开4.4.

24、3 4.4.3 电光相位调制电光相位调制1.图图(423)相位调制装置示意图相位调制装置示意图。加电场后，振动方向与晶体的轴相平。加电场后，振动方向与晶体的轴相平行的光通过长度为行的光通过长度为 的晶体，其位相增加为的晶体，其位相增加为 图(4-23)相位调制装置示意图l3006322znnEl2.晶体上所加的是正弦调制电场晶体上所加的是正弦调制电场 ，光在晶体的输入，光在晶体的输入面面(z=0)(z=0)处的场矢量大小是处的场矢量大小是 sinzmmEEtcosUAt入则在晶体输出面则在晶体输出面(z=(z=l)处的场矢量大小可写成处的场矢量大小可写成)sincos(22cos63300tt

25、AUlEnntAUmz出出式中，式中，为相位调制度为相位调制度 lEnm63304.5.1 4.5.1 机械偏转机械偏转1.机械偏转是利用反射镜或多面反射棱镜的旋转或反射镜的振动实现光束扫描。机械偏转是利用反射镜或多面反射棱镜的旋转或反射镜的振动实现光束扫描。4.5.2 4.5.2 电光偏转电光偏转1.利用泡克耳斯效应，在电光晶体上施加电场改变晶体的折射率使光束利用泡克耳斯效应，在电光晶体上施加电场改变晶体的折射率使光束偏转。实际的电光晶体偏转器是由两个晶体棱镜偏转。实际的电光晶体偏转器是由两个晶体棱镜(如如KDP棱镜棱镜)所组成，如所组成，如图图4-24所示。所示。图4-24 实际的电光晶体

26、偏转器sinsin012.如果激光垂直一个直角面射到图如果激光垂直一个直角面射到图4-24所示的下面的直角棱镜上，由折所示的下面的直角棱镜上，由折射定律可得出射光的偏转角为射定律可得出射光的偏转角为 在在电光晶体上施加电场后晶体的折射率的改变量为电光晶体上施加电场后晶体的折射率的改变量为 ，则则出射光的偏出射光的偏转角的相应改变量为转角的相应改变量为 sinarcsinsinarcsin04.5.2 4.5.2 电光偏转电光偏转图4-24 实际的电光晶体偏转器3.施加电压后，施加电压后，上、下层棱镜中传播时光的折射率为上、下层棱镜中传播时光的折射率为)(6330BAzBAE下上下上zE6330

27、zAE633002zBE6330024.5.3 4.5.3 声光偏转声光偏转1.图图(425)所所示为一块均匀的透明介质如熔融石英，其一端为超声发生示为一块均匀的透明介质如熔融石英，其一端为超声发生器器(作正弦振动作正弦振动)。当在透明介质的另一端为声波的反射介质时，满足一定。当在透明介质的另一端为声波的反射介质时，满足一定的几何要求就会在介质内产生驻波。驻波按照正弦规律变化，所以介质的几何要求就会在介质内产生驻波。驻波按照正弦规律变化，所以介质的折射率以空间周期在空间呈正弦变化。的折射率以空间周期在空间呈正弦变化。图(4-25)超声波在透明介质中的传播sin2s2.如如图图(426)所所示，

28、示，当光线在满足当光线在满足布拉格条件的衍射角布拉格条件的衍射角 入射到光栅上入射到光栅上时，衍射时，衍射光光也与也与衍射体光栅的等折射率面成衍射体光栅的等折射率面成 出射出射 图(4-26)布拉格条件下的衍射未加控制的激光器输出：一系列小的尖峰脉冲未加控制的激光器输出：一系列小的尖峰脉冲普通脉冲激光器输出脉冲普通脉冲激光器输出脉冲l峰值功率低峰值功率低l脉冲时间波形差脉冲时间波形差l需要获得高峰值功率的单个窄脉冲需要获得高峰值功率的单个窄脉冲调调Q Q技术：压缩脉冲宽度到技术：压缩脉冲宽度到1010-9-9s(ns)s(ns)峰值功峰值功率率10106 6W W（兆瓦）（兆瓦）锁模技术：光束

29、中不同振荡模式间锁定相同初始锁模技术：光束中不同振荡模式间锁定相同初始位相，相干叠加获得超短脉冲位相，相干叠加获得超短脉冲1010-15-15ss最高峰值功最高峰值功率高于率高于10101212W(TW)W(TW)激光调激光调Q技术技术改变激光器阈值改变激光器阈值N N以提高上能级粒子数累积以提高上能级粒子数累积!21ln21)(rrLG内阈值条件！阈值条件！阈N/阈G总总改变激光器单程损耗改变激光器单程损耗总总以提高上能级粒子数累积以提高上能级粒子数累积!谐振腔的谐振腔的Q Q值值总aPWQ22每秒损耗的激光能量腔内储存的激光能量2Q改变激光器改变激光器Q Q值以提高上能级粒子数累积值以提高

30、上能级粒子数累积!调调Q Q技术改变输出激光的脉冲时间及能量！技术改变输出激光的脉冲时间及能量！调调Q Q原理原理亚稳态粒子高积累亚稳态粒子高积累高高Q Q（小（小P P）强振荡迅速产生强振荡迅速产生强激光脉冲（巨脉冲）强激光脉冲（巨脉冲）调节调节P来控制来控制Q！控制控制Q Q按程序变化按程序变化低低Q Q（大（大P P）调调Q原理是采用某种办法使谐振腔在泵浦开始时处于高损耗原理是采用某种办法使谐振腔在泵浦开始时处于高损耗低低Q值状态，这时激光振荡的阈值很高，粒子束密度反转即值状态，这时激光振荡的阈值很高，粒子束密度反转即使积累到很好水平也不会振荡；当粒子束密度反转数达到其使积累到很好水平也

31、不会振荡；当粒子束密度反转数达到其峰值时，突然使腔的峰值时，突然使腔的Q值增大，将导致激光介质的增益大大值增大，将导致激光介质的增益大大超过阈值，极其快速低产生振荡。这时存储在亚稳态上的粒超过阈值，极其快速低产生振荡。这时存储在亚稳态上的粒子所具有的能量会很快转换为光子的能量。子所具有的能量会很快转换为光子的能量。4.6.1 4.6.1 激光谐振腔的品质因数激光谐振腔的品质因数Q 每振荡周期损耗的能量谐振腔内储存的能量2Q体积为体积为V的腔内存储的能量为：的腔内存储的能量为：0)(VhtNW 每振荡周期损耗的能量为：每振荡周期损耗的能量为：caVhtNWPc总)(0品质因子与谐振腔的单程总损耗

32、的关系为品质因子与谐振腔的单程总损耗的关系为 总aPWQ22光强光强I I0 0在谐振腔传播在谐振腔传播z z距离后会减弱为距离后会减弱为 00exp()expa cIIa zIt总总上上式可以改写为光子数密度的形式式可以改写为光子数密度的形式 00()expexpca ctN tNtN总chtNtI0)()(1.电光调电光调Q装置如装置如图图4-27，激光腔中插入起偏振片及作为，激光腔中插入起偏振片及作为Q开关的开关的KD*P晶体。晶体。2.原理原理图4-27 电光调Q装置示意图4.6.3 4.6.3 电光电光调调Q光偏转损耗，使光偏转损耗，使Q值改变值改变半波电压半波电压4000V 铌酸锂

33、晶体铌酸锂晶体20003000V一系列小一系列小 的尖峰脉冲的尖峰脉冲调调Q压缩脉宽压缩脉宽4.6.4 4.6.4 声光声光调调Q图4-28 声光调Q装置示意图1.图图4-28是一个声光调是一个声光调Q的的YAG激光器的示意图。腔内插入激光器的示意图。腔内插入的声光调的声光调Q器件由声光互作用介质器件由声光互作用介质(如熔融石英如熔融石英)和键合于其上和键合于其上的换能器所构成的。的换能器所构成的。2.原理原理衍射造成偏折，增加损耗而改变衍射造成偏折，增加损耗而改变Q值值 电压电压100V4.6.5 4.6.5 染料调染料调Q 1.图图4-29就是染料调就是染料调Q激光器的示意图。它是在一个固

34、体激光器的腔内插激光器的示意图。它是在一个固体激光器的腔内插入一个染料盒构成的入一个染料盒构成的。2.染料盒内装有可饱和染料，这种染料对该激光器发出的光有强烈吸收作染料盒内装有可饱和染料，这种染料对该激光器发出的光有强烈吸收作用，而且随入射光的增强吸收系数减小。其吸收系数可以由下式表示：用，而且随入射光的增强吸收系数减小。其吸收系数可以由下式表示：图(4-29)染料调Q装置示意图011sII3.选择染料要顾及几个方面选择染料要顾及几个方面 激光器开始工作：强烈吸收（低激光器开始工作：强烈吸收（低Q Q高高P P）I=II=IS S：0 0/2/2光强足够大：光强足够大：“漂白漂白”（高（高Q

35、Q低低P P）选染料考虑因素选染料考虑因素v染料吸收峰的中心波长应和激光波长基本吻合；v染料应该有适当的饱和光强，即IS的值要在合适的范围内，目的是能够得到合适的“开关”速度；v染料溶液应具有一定的稳定性和保存期，以利于实用。调调Q Q技术技术l压缩了脉宽（压缩了脉宽（ns)l提高了峰值功率提高了峰值功率(G瓦）瓦）l激光测距、激光雷达、激光加工、动态全息照相激光测距、激光雷达、激光加工、动态全息照相l电光调电光调Q开关时间短（开关时间短（ns），输出脉冲），输出脉冲1020ns，功率功率KMW，驱动电压，驱动电压KVl声光调声光调Q开关时间较长（开关时间较长（100ns），连续激光器），连续

36、激光器调调Q获得高重复率脉冲输出，驱动电压获得高重复率脉冲输出，驱动电压IIIs s 强信号强信号 损耗低于放大损耗低于放大III 脉冲中焦距脉冲中焦距l自聚焦效应自聚焦效应+腔内光阑腔内光阑)(0tIl压缩（损耗）脉冲前后沿，放大脉冲中间压缩（损耗）脉冲前后沿，放大脉冲中间激光倍频技术激光倍频技术22 倍频技术！倍频技术！产生原理产生原理非线形极化非线形极化+_tPrNepNP00sin光入射，电场作用tEtEEsin2sin00负电中心做强迫振动，产生感应偶极矩P.)1(221EdEdEP出现倍频效应！电偶极辐射出射倍频光光强出射倍频光光强2)2)2sin()2(klklI212kkk222112,2nknknn2相位匹配条件！相位匹配条件！基频光在晶体中沿途各点激发的倍频光传播到出基频光在晶体中沿途各点激发的倍频光传播到出射面时，有相同的位相，干涉加强射面时，有相同的位相，干涉加强双折射晶体实现相位匹配双折射晶体实现相位匹配m memonn)(2光轴