长春理工大学激光器件与技术第二章讲

1、长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 1第第2章章调调Q（Q开关）技术开关）技术长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 2第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q一一. 声光调声光调Q原理原理长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 3第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q器件：声光调器件：声光调Q和声光调制器和声光调制器 长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 4第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q二二. 声光声光Q开关结构开关结构长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与

2、技术系Page: 5第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q声光声光Q开关厂家：开关厂家：长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 6第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 7第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q图图-连续泵浦高重复频率调连续泵浦高重复频率调Q过程过程长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 8第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 9第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q利用声光器件作为开关元件

3、，利用声光器件作为开关元件，实现实现“腔倒空腔倒空”是一种腔内储是一种腔内储能能(光子光子)的运转方式。的运转方式。当声光器件上未加电压时，谐当声光器件上未加电压时，谐振腔处于高振腔处于高Q值状态，在腔内可值状态，在腔内可建立起极强的激光振荡，但无建立起极强的激光振荡，但无输出；腔内光子数密度达到最输出；腔内光子数密度达到最大值后，突然在声光器件上加大值后，突然在声光器件上加电压形成超声场，使激光束几电压形成超声场，使激光束几乎全部发生偏转，腔内存储的乎全部发生偏转，腔内存储的光子能量几乎全部从平面反射光子能量几乎全部从平面反射镜镜M4处输出。处输出。优点：脉宽极窄，优点：脉宽极窄，2L/c，

4、重复，重复频率可达到频率可达到MHz以上。以上。声光腔倒空激光器声光腔倒空激光器长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 10第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q实现声光腔倒空的器件要求：实现声光腔倒空的器件要求：(1) 为了尽可能实现腔倒空，所用声光器件必须只有为了尽可能实现腔倒空，所用声光器件必须只有1级衍射光，级衍射光，而且衍射效率应尽量接近而且衍射效率应尽量接近100%，因而必须用严格的布拉格衍，因而必须用严格的布拉格衍射器件；射器件；(2) 腔倒空方式要求开关速度要快得多，其上升时间大约为腔倒空方式要求开关速度要快得多，其上升时间大约为5ns，光束必须聚焦

5、到一个直径为光束必须聚焦到一个直径为50m的区域上；的区域上；(3) 为了提高布拉格衍射效率，腔倒空器件的调整频率要高得多，为了提高布拉格衍射效率，腔倒空器件的调整频率要高得多，因此，可以直接把超声频率作为调制频率，这样，输出光脉冲因此，可以直接把超声频率作为调制频率，这样，输出光脉冲的重复频率可以高达的重复频率可以高达MHz量级以上。量级以上。长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 11第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q三三. 声光调声光调Q器件的设计器件的设计长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 12第二章 调Q技术2.4 声光

6、调声光调Q2). 尺寸的选择尺寸的选择002202()1()2cossisLLLLL布拉格衍射拉曼奈斯衍射2212sin ( )sin ()22siILM PIH(1)(2)长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 13第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q211sin ( )1 cos22iII22sLM PH2212sHPLM(3)(4)(5)3). 驱动声功率的确定驱动声功率的确定长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 14第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q四四. 声光声光Q开关的选用开关的选用 当选择一个声光Q 开关时，要严格注

7、意Q 开关的每一个参数，合理地选择一个Q 开关就能够确保Q 开关被正确地应用于特定的激光器中，并保持最佳性能。参数： 超声频率 通光孔径 超声波模式长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 15第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q超声频率：超声频率：sin22Bsssfnnv(6)长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 16第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q通光孔径：通光孔径：长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 17第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与

8、技术系Page: 18第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q超声模式：超声模式： 长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 19第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q四、声光调四、声光调Q动态实验及输出特性动态实验及输出特性长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 20第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q 实验结果及分析实验结果及分析长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 21第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q 开展实验的步骤：开展实验的步骤：前期文献调研前期文献调研理论计算与实验结果预测理论计算与实验结果预

9、测明确的实验目的明确的实验目的所用器件参数的计算、调研和购买所用器件参数的计算、调研和购买准备实验准备实验开展实验开展实验数据记录数据记录数据处理数据处理实验结果分析实验结果分析实验改进实验改进达到预期效果达到预期效果 撰写文章撰写文章长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 22第二章 调Q技术2.4 声光调声光调Q长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 23第二章 调Q技术声光调声光调Q 小结小结 当频率当频率fs=40MHz的超声波在熔融石英声光介质的超声波在熔融石英声光介质(n=1.54)中建中建立起超声场立起超声场(vs=5.96

10、*105cm/s)时，试计算波长为时，试计算波长为1.06m的入的入射光满足布拉格条件的入射角射光满足布拉格条件的入射角。 一个声光调一个声光调Q器件器件(L=50mm,H=5mm)是用熔融石英材料做成是用熔融石英材料做成的，用于连续的，用于连续YAG激光器调激光器调Q。已知声光器件的电声转换效。已知声光器件的电声转换效率为率为40%，求，求(1) 声光器件的驱动功率声光器件的驱动功率Ps应为多大？应为多大？(2) 声光声光器件要工作于布拉格衍射区，其声场频率应为多少？器件要工作于布拉格衍射区，其声场频率应为多少？ 设计声光设计声光Q开关需要考虑哪些因素？开关需要考虑哪些因素？长春理工大学电子

11、科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 24第二章 调Q技术2.5 被动式可饱和吸收调被动式可饱和吸收调Q一、可饱和吸收体调一、可饱和吸收体调Q的基本原理的基本原理 sII10长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 25第二章 调Q技术2.5 被动式可饱和吸收调被动式可饱和吸收调Q激光介质激光介质 染料盒染料盒 激光激光 全全反镜反镜 输出镜输出镜 氙灯氙灯 实验装置示意图实验装置示意图长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 26第二章 调Q技术2.5 被动式可饱和吸收调被动式可饱和吸收调Q 开始泵浦开始泵浦腔内荧光弱腔内荧光

12、弱吸收系数大吸收系数大Q值低值低不能形成激光；不能形成激光； 继续泵浦继续泵浦腔内荧光变强腔内荧光变强吸收系数变小吸收系数变小荧光达到一定值时，荧光达到一定值时，吸收系数饱和吸收系数饱和染料被漂白染料被漂白 Q值突增，形成调值突增，形成调Q激光脉冲；激光脉冲； 腔内光场迅速减弱腔内光场迅速减弱吸收系数变大吸收系数变大Q值低值低不能形成激光。不能形成激光。调调Q工作过程：工作过程：长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 27第二章 调Q技术2.5 被动式可饱和吸收调被动式可饱和吸收调Q二、染料调二、染料调Q激光器激光器 长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 28第二章 调Q技术2.5 被动式可饱和吸收调被动式可饱和吸收调Q三、影响调三、影响调Q效果的因素效果的因素 长春理工大学电子科学与技术系长春理工大学电子科学与技术系Page: 29第二章 调Q技术2.5 被动式可饱和吸收调被动式可饱和吸收调Q2. 染料浓度的