激光調(diào)Q原理與技術(shù)

1、 調(diào)調(diào)Q原理與技術(shù)原理與技術(shù) 1 調(diào)調(diào)Q原理原理 一、弛豫振蕩現(xiàn)象一、弛豫振蕩現(xiàn)象 普通脈沖激光器輸出波形由一系列不規(guī)則的尖峰普通脈沖激光器輸出波形由一系列不規(guī)則的尖峰 脈沖組成脈沖組成 1、現(xiàn)象、現(xiàn)象 2、解釋、解釋 泵浦使激光器達(dá)到閾值，產(chǎn)生激光泵浦使激光器達(dá)到閾值，產(chǎn)生激光反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù) 減少至低于閾值減少至低于閾值激光熄滅激光熄滅 3、特點(diǎn)、特點(diǎn) (2)加大泵浦能量，只是增加尖峰的個(gè)數(shù)，不能增加大泵浦能量，只是增加尖峰的個(gè)數(shù)，不能增 加峰值功率加峰值功率 (1)峰值功率不高，只在閾值附近峰值功率不高，只在閾值附近 4、原因、原因 激光器的閾值始終保持不變激光器的閾值始終保持不變

2、二、調(diào)二、調(diào)Q基本概念基本概念 泵浦時(shí)令腔損耗很大泵浦時(shí)令腔損耗很大(Q很小很小),突然減小損耗突然減小損耗(增大增大 Q),使積蓄的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)在短時(shí)間內(nèi)完成受激輻射使積蓄的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)在短時(shí)間內(nèi)完成受激輻射, 形成光脈沖形成光脈沖 t t n nr tp m tetr nt ne t t n0 2 m tr te t tp:光子數(shù)密度達(dá)到光子數(shù)密度達(dá)到 m的時(shí)刻的時(shí)刻,相相 應(yīng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度為應(yīng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度為 nt tr:光子數(shù)密度升到光子數(shù)密度升到 m/2的時(shí)刻的時(shí)刻, 相應(yīng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度為相應(yīng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度為 nr te:光子數(shù)密度降到光子數(shù)密度降到 m/2的時(shí)刻的時(shí)刻, 相應(yīng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)

3、密度為相應(yīng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度為 ne 一、工作原理一、工作原理 1、Q開(kāi)關(guān)開(kāi)啟開(kāi)關(guān)開(kāi)啟 2、Q開(kāi)關(guān)關(guān)閉開(kāi)關(guān)關(guān)閉 激光介質(zhì)激光介質(zhì) 激光激光 轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)鏡 半反半反 激光介質(zhì)激光介質(zhì) 轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)鏡 半反半反 2 轉(zhuǎn)鏡調(diào)轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q激光器激光器 激光介質(zhì)激光介質(zhì) 激光激光 半反半反 鏡架鏡架 棱鏡棱鏡 磁頭磁頭 磁鋼磁鋼 電源電源 光泵光泵 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 觸發(fā)電路觸發(fā)電路 二、裝置二、裝置 一、電光效應(yīng)一、電光效應(yīng) 沿電光晶體的某一特定方向加直流電場(chǎng)后沿電光晶體的某一特定方向加直流電場(chǎng)后, ,在光軸在光軸 方向上產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，即入射線偏振光將分解方向上產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，即入射線偏振光將分解 為兩個(gè)偏振方向正交的本

4、征偏振光為兩個(gè)偏振方向正交的本征偏振光 (1)(1)縱向電光效應(yīng)縱向電光效應(yīng): :電場(chǎng)方向與光傳播方向一致電場(chǎng)方向與光傳播方向一致 (2)(2)橫向電光效應(yīng)橫向電光效應(yīng): :電場(chǎng)方向與光傳播方向垂直電場(chǎng)方向與光傳播方向垂直 電光電光調(diào)調(diào)Q激光器激光器 1、定義、定義 2、類(lèi)型、類(lèi)型 電光調(diào)電光調(diào)Q裝置示意圖裝置示意圖 Enn o 3 加電場(chǎng)后兩個(gè)正交的本征偏振光折射率之差加電場(chǎng)后兩個(gè)正交的本征偏振光折射率之差 4、相移、相移 入射線偏振光通過(guò)晶體后兩本征模產(chǎn)生的相位差入射線偏振光通過(guò)晶體后兩本征模產(chǎn)生的相位差 E 3 o Ln 2 nL 2 3、折射率差、折射率差 no:晶體晶體o光主折射率光

5、主折射率 :晶體有效電光系數(shù)晶體有效電光系數(shù) E:直流電場(chǎng)強(qiáng)度直流電場(chǎng)強(qiáng)度 L：晶體沿通光方向長(zhǎng)度：晶體沿通光方向長(zhǎng)度 ：真空中光波長(zhǎng)：真空中光波長(zhǎng) 5、半波電壓、半波電壓 使相移等于使相移等于 所須電壓所須電壓 3 2 o n U 縱向電光效應(yīng)縱向電光效應(yīng) 橫向電光效應(yīng)橫向電光效應(yīng) L H n U o 3 2 H:晶體沿電場(chǎng)方晶體沿電場(chǎng)方 向的長(zhǎng)度向的長(zhǎng)度 6、電光晶體的作用、電光晶體的作用 若若 =45 ，則入、出射線偏振光方向，則入、出射線偏振光方向 互相垂直互相垂直 1、加、加: 相當(dāng)于半波片相當(dāng)于半波片,使入射線偏振光的偏振方使入射線偏振光的偏振方 向繞任一本征偏振光的偏振方向轉(zhuǎn)過(guò)向

6、繞任一本征偏振光的偏振方向轉(zhuǎn)過(guò)2 角角( 為入為入 射線偏振光與該本征偏振光的夾角射線偏振光與該本征偏振光的夾角) U 2、加、加: 相當(dāng)于四分之一波片相當(dāng)于四分之一波片,使入射線偏振光變使入射線偏振光變 為橢圓偏振光為橢圓偏振光 2 U 若若 =45 ，則出射橢圓偏振光變?yōu)閳A偏振光，則出射橢圓偏振光變?yōu)閳A偏振光 a)a)電場(chǎng)沿電場(chǎng)沿x x軸，光傳播方向沿軸，光傳播方向沿z z軸軸( (橫橫) ) 兩本征偏振光方向分別沿兩本征偏振光方向分別沿x 、y (2)(2)鈮酸鋰鈮酸鋰(LN)(LN) b)b)電場(chǎng)沿電場(chǎng)沿y y軸，光傳播方向沿軸，光傳播方向沿z z軸軸( (橫橫) ) 兩本征偏振光方向

7、分別沿兩本征偏振光方向分別沿x、y (1)(1)磷酸氫鉀磷酸氫鉀(KDP)KDP) 7、常用電光晶體工作模式、常用電光晶體工作模式 電場(chǎng)與光傳播方向都沿電場(chǎng)與光傳播方向都沿z軸軸(縱縱) 兩本征偏振光方向分別沿兩本征偏振光方向分別沿x 、y 二、電光調(diào)二、電光調(diào)Q工作原理工作原理 激光介質(zhì)激光介質(zhì) 激光激光 全反鏡全反鏡 輸出鏡輸出鏡起偏鏡起偏鏡檢偏鏡檢偏鏡 電光器件電光器件 激光介質(zhì)激光介質(zhì) 全反鏡全反鏡 輸出鏡輸出鏡起偏鏡起偏鏡檢偏鏡檢偏鏡 電光器件電光器件 + - 1、Q開(kāi)關(guān)開(kāi)啟開(kāi)關(guān)開(kāi)啟 2、Q開(kāi)關(guān)關(guān)閉開(kāi)關(guān)關(guān)閉 三、電光調(diào)三、電光調(diào)Q激光器裝置激光器裝置 1、帶偏振器的、帶偏振器的KDP

8、電光調(diào)電光調(diào)Q激光器激光器 YAG 激光激光 全反鏡全反鏡 輸出鏡輸出鏡偏振器偏振器 KDP 氙燈氙燈 2 U 2、雙、雙45 LN電光調(diào)電光調(diào)Q激光器激光器 YAG 激光激光 全反鏡全反鏡 輸出鏡輸出鏡 LN 氙燈氙燈 45 45 z y x 當(dāng) =/2 時(shí)，所需電壓稱(chēng)作四分之一波電壓 ，記作V/4；電光晶體上施以電壓 V/4 時(shí)， 從偏振器出射的線偏振光經(jīng)電光晶體后，沿 x和 x方向的偏振分量產(chǎn)生了 /2 位相延遲 ，經(jīng)全反射鏡反射后再次通過(guò)電光晶體后又 將產(chǎn)生 =/2 延遲，合成后雖仍是線偏振光 ，但偏振方向垂直于偏振器的偏振方向，因 此不能通過(guò)偏振器。 這種情況下諧振腔的損耗很大，處于低這種情況下諧振腔的損耗很大，處于低Q值狀態(tài)，激光器不值狀態(tài)，激光器不 能振蕩，激光上能級(jí)不斷積累粒子；能振蕩，激光上能級(jí)不斷積累粒子； 如果