第七章调Q与锁模技术.ppt

1、1,激光原理与技术激光技术部分,第7章 调Q与锁模技术,2,7.1概述,调Q技术是将连续或脉冲激光能量压缩到时间宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可以提高几个数量级的一种技术。单色定向亮度的定义: 激光测距：提高测量精度。,3,7.1概述,激光器的弛豫振荡 对四能级系统，速率方程可以写为： 增加泵浦功率只能减少尖峰的间隔，增加尖峰频率， 不能减少激光脉宽，也不能增加激光器的峰值功率,4,7.1概述,调Q基本原理（一） 品质因数Q值的定义 调Q技术是通过某种方法使腔内Q值按一定程序变化的技术。Q低则抑制激光产生，使粒子在上能级积累到一定程度后提高Q值，建立激光振荡，形成巨脉冲输出。,5,

2、7.1概述,调Q基本原理（二）,6,7.1概述,实现调Q对激光器的要求 工作介质抗损伤阈值要高。 上能级寿命要比较长 泵浦过程使上能级粒子增加，在没有产生受激辐射的情况下，自发辐射使上能级粒子减少，泵浦速率必须快于激光上能级的自发辐射速率,使上能级能够积累的最大粒子数。 谐振腔的Q值改变要快。,7,7.2调Q激光器的基本理论,1.调Q速率方程 调Q速率方程由两能级模型给出 如果考虑到在Q突变过程中，激光器参数剧烈变化，可以忽略泵浦过程和自发辐射过程。同时令激光器在Q值突变之前处于低Q值状态，反转粒子数不断积累，假设Q值是阶跃式变化，则在Q值突变时刻定为零时刻，可以给出下面的方程：,8,7.2调

3、Q激光器的基本理论,2.调Q速率方程的求解 光子数密度与反转粒子数密度关系 峰值光子数密度 Q脉冲峰值功率 Q脉冲能量 Q脉冲能量利用率 Q脉冲宽度,9,7.2调Q激光器的基本理论,10,7.2调Q激光器的基本理论,超阈度,11,12,7.2调Q激光器的基本理论,3.调Q的关键参量 (1)超阈度 要获得高的超阈度，要求泵浦强，损耗低。 (2)Q开关时间ts 由高损耗变到低损耗实际 需开关时间ts。 tstd时，Q脉冲参数变差。 tstd为慢开关。 td是激光建立特征时间，D与负相关。,13,7.3电光调Q方法,1.机理 在激光谐振腔内，利用电光调制器作为Q开关。 开关时间ts在ns量级。 调Q

4、时间可以精确控制。 2.方法 (1)/2波片式,14,7.3电光(PRM)调Q方法,(2)/4波片式：起偏与检偏合二为一 思考题：怎么让/4波片退压式调Q变成/4波片加压式调Q？ 上述方法称为PRM方式调Q，在建立Q脉冲过程中，边振荡边输出，Q脉冲宽度10-100ns量级。,15,7.3电光调Q (PRM)方法,16,7.3电光调Q( PTM)方法,17,7.3电光调Q (PTM)方法,3.PTM方式 由两个全反镜组成谐振腔 (1)/2波片式,思考：P1P2 调Q过程如何？ M1,M2共线,18,7.3电光调Q方法,(2)/4波片式,19,7.3电光调Q (PTM)方法,20,7.3电光调Q,

5、4.设计电光调Q激光器要考虑的问题 调制晶体 光学均匀性好，透过率高，半波电压低，抗激光破坏阈值高。 对1064nm激光，KD*P【V/26000】，LiNbO3【V/29250(d/L)】 调制器的电极结构 要形成均匀电场 纵向运用用环形电极，横向运用用平板电极。 对工作物质的要求 上能级寿命长，抗激光破坏阈值高。 对泵浦源的要求 泵浦光的脉宽和工作物质的上能级寿命要匹配。 对Q开关控制电路的要求 开关速度要快，控制要精确。,21,机理 在激光谐振腔内，利用声光调制器作为Q开关。ts 声光调制器的1级光为衍射损耗，0级光为激光振荡。 调Q过程 声光调制器调制信号为 在fs的作用下，轴向光线受

6、Bragg衍射作用，以 角度被衍射出腔外，这时要求 激光不振荡。 在fK 的调制下，消除了Bragg衍射作用，激光振荡建立，产生Q脉冲。,7.4声光调Q方法,22,7.4声光调Q方法,23,7.4声光调Q方法,24,7.4声光调Q方法,参量设计 Bragg判据 Bragg公式 M2 ，L/H,PsPE Q开关时间 输出特性 声光PTM激光器 声光1级衍射光为输出,25,7.4声光Q调方法,26,7.4声光Q调方法,27,7.5被动调Q方法,机理 利用非线性可饱和吸收体特性：变色眼镜 线性吸收：与I无关 非线性吸收： 变色眼镜 “反变色眼镜”： 可饱和吸收体：,28,被动调Q方法,被动调Q过程

7、当腔内光强很弱的时候，调Q片的 大，T小，Q值小， 泵浦强度增加，腔内光强在自发辐射作用下逐渐增长， n2不断增长，当IIs时，,Q大。在正反馈作用下，0，激光振荡形成，Q脉冲输出后，,开始新循环。 调Q过程自动完成，非人为控制，属于被动式。,29,7.5被动调Q方法,饱和吸收体采用二能级模型 定义饱和共振吸收截面 透明”概念 在共振吸收区范围内，当受激吸收与受激辐射粒子数 n1=n2=n/2相等的时候“透明”（动态平衡） 饱和吸收体速率方程 非齐次常微分方程,30,7.5被动调Q方法,运转特性 T0的选取对应染料浓度，与泵浦强度有关。 激光输出镜透过率的选取。 脉冲被动调Q激光器会出现多脉冲现象。 连续泵浦的被动调Q激光器输出脉冲重复率取决于泵浦