调Q技术与锁模技术

1、短脉冲技术、q调制技术和锁模技术是根据高峰功率、窄脉冲宽度激光脉冲的应用需求而发展起来的。 两种方式的机制不同，压缩程度也不同。 q调节技术可将激光脉冲宽度压缩成纳秒量级(峰值功率为106W以上)。 锁模技术可以将激光脉冲宽度压缩为皮秒或毫微秒级(峰值功率达到1012W )，2、q调节技术的出现和发展是激光发展史上的重要突破，通过将激光能量压缩为非常窄的脉冲发射，可以实现光源的峰值功率现在，峰值功率达到兆瓦级(106w )以上时，难以得到脉冲宽度为纳秒级(10-9s )的激光脉冲。 第7章激光技术，第7.1调q技术，第7.1.1调q的基本理论，第1 .脉冲固体激光器的输出的缓和振动，用示波器观察记录通常的脉冲固体激光器的输出的脉冲，其波形不是平滑的光脉冲，而是许多振幅、脉冲宽度和间隔随机变化的尖峰脉冲、3、如图(a )所示。 每个峰的宽度约为0.11s，间隔为数微秒，脉冲序列的长度与闪光灯泵的持续时间大致相等。 图(b )表示观察到的红宝石激光输出的峰值。 这种现象被称为激光弛豫振荡。 弛豫振荡的主要原因是激光工作物质被泵送，能级的粒子反演数超过阈值条件时，发生激光振荡，增加腔内的光子数密度，发射激光。 随着激光的发射，能级粒子数被大量消耗，粒子反转数下降，低于阈值时激光振荡停止。 此时，由于继续光泵的吸引运转，因此重新积蓄上基准的粒子反转数，并且在阈值附近产生22222222222222222222222的各峰值脉冲，因此脉冲的峰值功率电平低。 泵能量增大对峰值功率的提高没有贡献，只增加小峰值的数量。泵具有激光达到阈值，激光反转粒子数减少到低于阈值的特征，(2)只增大泵的能量，增加峰值个数，就不能提高峰值功率，(1)峰值功率不高，只在阈值附近，原因： 调节、三、q的基本原理是常规激光谐振器的损耗是不变的，其中当光泵达到或稍微超过反转粒子的数目时，激光器开始振荡，激光器上的能级粒子的数目激励下降，从而不能在高能级上存储更多反转粒子的数目，并将其限制在阈值反转数附近。 这是不能提高正常激光器峰值功率的原因。 6、激光器上能级的最大粒子的反转数限制在激光器的阈值以上，为了在能级中蓄积大量粒子，可以通过改变(增加)激光器的阈值来实现。 即，在激光开始泵浦的初期，通过提高激光的振荡阈值，抑制激光振荡的发生，能够大量积蓄激光上能级的反转粒子数。 当反转粒子数达到最大时，再次将阈值设定得较低，则上位层次积蓄的大量粒子会雪崩式地转变为低能量层次，在极短时间内释放出能量，从而得到峰值功率较高的巨大脉冲激光输出。 泵季节性空洞损失大(q小)，急剧减小损失(q大)，在短时间内激励积蓄的反转粒子数，形成光脉冲。 改变激光阈值是提高激光上能级粒子数积累的有效方法。根据“激光原理”，激光振荡的阈值条件为：式中，g为模数，A21自发射概率，c为光子在腔内的寿命，7，因此，q值称为质量系数，Q=20 (腔内蓄积的能量/秒损耗的能量)， c是腔内能量衰减到初始能量的1/e的时间，q值与谐振器的损耗成反比，可以通过改变谐振器的q值(或损耗)来改变激光器的阈值。8、(1)q的调整是将能量作为活性离子积蓄在激光工作物质的高能量状态下，在极短的时间内集中放出，因此工作物质能够在强泵下工作，即要求耐损伤阈值高，其次，工作物质需要较长的寿命， 若将激光功能物质上能级寿命设为2，则上能级上的反转粒子数n2因自发放射而减少的速度为n2/2，因此在将泵速度(大小)设为Wp时，当达到平衡时，应该满足：上能级最大的反转粒子数依赖于n2=Wp2， 为了能够在激光工作物质的上级蓄积尽可能多的粒子，必须增大Wp2的值，但2也不能过大，要实现对能量有影响的调q的激光的基本要求，(2) 光泵的泵速必须快于激光能级的自发辐射速度，即光泵的发光时间(波形的半峰宽)必须小于激光介质的能级寿命。 (3)谐振器的q值的变化较快(优选突变)，因此一般与谐振器确立激光振荡的时间进行比较。 9、4、调q激光器两种储能方式，工作物质储能、谐振器储能、1 .工作物质储能调q、脉冲反射式调q、PRM法(PulseReflectionModel )。 把能量作为活性离子储存在工作物质中。 蓄能的时间取决于激光器的能级寿命。 (1)动作过程、q激光脉冲的制作过程、各参数的时间变化状况如图所示。 图4 (a )是表示泵速度Wp的时间变化的图，(b )是表示腔的q值为时间的阶梯函数(蓝虚线)的图，(c )是表示粒子的反转数n的变化的图，(d )是表示腔内的光子数的时间变化的图。 10、泵过程的大部分时间谐振器处于低q值(Qo )状态，因此阈值高而无法振荡，因此积蓄激光能级的粒子数，直到t0时刻为止粒子数反转为最大值ni，此时q值急剧上升(损耗降低)，振荡阈值降低，激光振荡开始由于该nint (阈值粒子反演数)，激发辐射增强非常快，激光介质中蓄积的能量在极短的时间内转化为激发辐射场的能量，结果产生了峰值功率高的窄脉冲。 此外，在建立11，q脉冲的过程中，当q因数步长上升时开始振荡，并且在t=t0时开始振荡的下一长时间段内，光子数目的增加很缓慢，如图所示，那个值非常小(I )，被激励的发射概率很小，并且自发射也是优势的。tf、从振荡开始到脉冲形成的过程，当振荡持续到t=tD时，生长到d，形成雪崩过程，急速增大，激增辐射急速超过自发辐射占优势。因此，为了调整q脉冲，从振荡开始到巨大脉冲激光的形成需要一定的延迟时间t (即q开关接通为止的持续时间)。 光子数的急速增加使ni急速减少，在t=tp时刻为ni=nt，光子数达到最大值m后，为nne由于反射斜面和光轴z形成450角，因此两线偏振光被450反射面全反射，o光遵循均匀介质的反射。 法则上，其反射角为入射角(450 )、1 .在未施加电压(Vx=0)的情况下，28相当于在不同折射率的介质中传播的各向异性介质的反射式可以求出e光的反射角1、nes in 450=nesin1n0sin1，对于LN结晶，在光的波长为1.06m时n0=2.233，ne=2.154，代入该式，1=42054比o光的反射角小，两者之间的角度为(206)。 即使两个光被第二个450反射之后，o光也被450反射，因此出射光o与入射光平行，并且e光的折射率从未被反射的ne (n0)改变到ne，并且反射角1也改变到450，使得e光的反射光e与入射光方向平行。 两道发射的光o与e之间的距离近似为=ltg(其中l为在晶体光轴方向上的几何长度)，因为值较小，所以这两道光基本重叠。在e、e、29、2 .施加电压(Vx=V/2)的情况下，如图3 a到图3 c所示，在结晶的x轴方向上施加晶体的压力之后，入射光在结晶的a-b级处的偏振光(nxno )的传播状态基本上与Vx=0的情况相同。 向晶体施加电压前后的不同之处在于沿光轴的BC段。 成为o光并到达第二个450反