激光调Q原理与技术.pptx

调调Q原理与技术原理与技术1 调调Q原理原理一、弛豫振荡现象一、弛豫振荡现象普通脉冲激光器输出波形由一系列不规则的尖峰脉普通脉冲激光器输出波形由一系列不规则的尖峰脉冲组成冲组成1、现象、现象2、解释、解释泵浦使激光器达到阈值，产生激光泵浦使激光器达到阈值，产生激光反转粒子数减反转粒子数减少至低于阈值少至低于阈值激光熄灭激光熄灭3、特点、特点(2)加大泵浦能量，只是增加尖峰的个数，不能增加大泵浦能量，只是增加尖峰的个数，不能增加峰值功率加峰值功率(1)峰值功率不高，只在阈值附近峰值功率不高，只在阈值附近4、原因、原因激光器的阈值始终保持不变激光器的阈值始终保持不变二、调二、调Q基本概念基本概念泵浦时令腔损耗很大泵浦时令腔损耗很大(Q很小很小),突然减小损耗突然减小损耗(增大增大Q),使积蓄的反转粒子数在短时间内完成受激辐射使积蓄的反转粒子数在短时间内完成受激辐射,形成光脉冲形成光脉冲t t n nr tp mtetr nt ne t t n0 tr te ttp:光子数密度达到光子数密度达到 m的时刻的时刻,相相应反转粒子数密度为应反转粒子数密度为 nttr:光子数密度升到光子数密度升到 m/2的时刻的时刻,相应反转粒子数密度为相应反转粒子数密度为 nrte:光子数密度降到光子数密度降到 m/2的时刻的时刻,相应反转粒子数密度为相应反转粒子数密度为 ne一、工作原理一、工作原理1、Q开关开启开关开启2、Q开关关闭开关关闭激光介质激光介质 激光激光转镜转镜半反半反激光介质激光介质转镜转镜半反半反2 转镜调转镜调Q激光器激光器激光介质激光介质 激光激光半反半反镜架镜架棱镜棱镜磁头磁头磁钢磁钢电源电源光泵光泵电动机电动机触发电路触发电路二、装置二、装置一、电光效应一、电光效应沿电光晶体的某一特定方向加直流电场后沿电光晶体的某一特定方向加直流电场后,在光轴在光轴方向上产生双折射现象，即入射线偏振光将分解方向上产生双折射现象，即入射线偏振光将分解为两个偏振方向正交的本征偏振光为两个偏振方向正交的本征偏振光(1)(1)纵向电光效应纵向电光效应:电场方向与光传播方向一致电场方向与光传播方向一致(2)(2)横向电光效应横向电光效应:电场方向与光传播方向垂直电场方向与光传播方向垂直 电光电光调调Q激光器激光器1、定义、定义2、类型、类型 电光调电光调Q装置示意图装置示意图加电场后两个正交的本征偏振光折射率之差加电场后两个正交的本征偏振光折射率之差4、相移、相移入射线偏振光通过晶体后两本征模产生的相位差入射线偏振光通过晶体后两本征模产生的相位差3、折射率差、折射率差no:晶体晶体o光主折射率光主折射率:晶体有效电光系数晶体有效电光系数E:直流电场强度直流电场强度L：晶体沿通光方向长度：晶体沿通光方向长度 ：真空中光波长：真空中光波长5、半波电压、半波电压 使相移等于使相移等于 所须电压所须电压纵向电光效应纵向电光效应横向电光效应横向电光效应H:晶体沿电场方晶体沿电场方向的长度向的长度6、电光晶体的作用、电光晶体的作用 若若=45，则入、出射线偏振光方向，则入、出射线偏振光方向互相垂直互相垂直1、加、加:相当于半波片相当于半波片,使入射线偏振光的偏振方使入射线偏振光的偏振方向绕任一本征偏振光的偏振方向转过向绕任一本征偏振光的偏振方向转过2 角角(为入为入射线偏振光与该本征偏振光的夹角射线偏振光与该本征偏振光的夹角)2、加、加:相当于四分之一波片相当于四分之一波片,使入射线偏振光变使入射线偏振光变为椭圆偏振光为椭圆偏振光若若=45，则出射椭圆偏振光变为圆偏振光，则出射椭圆偏振光变为圆偏振光 a)a)电场沿电场沿x x轴，光传播方向沿轴，光传播方向沿z z轴轴(横横)两本征偏振光方向分别沿两本征偏振光方向分别沿x、y(2)(2)铌酸锂铌酸锂(LN)(LN)b)b)电场沿电场沿y y轴，光传播方向沿轴，光传播方向沿z z轴轴(横横)两本征偏振光方向分别沿两本征偏振光方向分别沿x、y(1)(1)磷酸氢钾磷酸氢钾(KDP)KDP)7、常用电光晶体工作模式、常用电光晶体工作模式 电场与光传播方向都沿电场与光传播方向都沿z轴轴(纵纵)两本征偏振光方向分别沿两本征偏振光方向分别沿x、y 二、电光调二、电光调Q工作原理工作原理激光介质激光介质 激光激光全反镜全反镜输出镜输出镜起偏镜起偏镜检偏镜检偏镜电光器件电光器件激光介质激光介质全反镜全反镜输出镜输出镜起偏镜起偏镜检偏镜检偏镜电光器件电光器件+-1、Q开关开启开关开启2、Q开关关闭开关关闭三、电光调三、电光调Q激光器装置激光器装置1、带偏振器的、带偏振器的KDP电光调电光调Q激光器激光器YAG 激光激光全反镜全反镜输出镜输出镜偏振器偏振器KDP氙灯氙灯2、双、双45 LN电光调电光调Q激光器激光器YAG 激光激光全反镜全反镜输出镜输出镜LN氙灯氙灯45 45 zy x当=/2 时，所需电压称作四分之一波电压，记作V/4；电光晶体上施以电压 V/4 时，从偏振器出射的线偏振光经电光晶体后，沿 x和 x方向的偏振分量产生了/2 位相延迟，经全反射镜反射后再次通过电光晶体后又将产生=/2 延迟，合成后虽仍是线偏振光，但偏振方向垂直于偏振器的偏振方向，因此不能通过偏振器。这种情况下谐振腔的损耗很大，处于低这种情况下谐振腔的损耗很大，处于低Q值状态，激光器不值状态，激光器不能振荡，激光上能级不断积累粒子；能振荡，激光上能级不断积累粒子；如果在某一时刻，突然撤去电光晶体两端的电压，则谐振如果在某一时刻，突然撤去电光晶体两端的电压，则谐振腔突变至低损耗、高腔突变至低损耗、高Q值状态，于是形成巨脉冲激光。值状态，于是形成巨脉冲激光。16电光Q开关原理电光电光Q Q开关原理及技术开关原理及技术