第27讲 调Q激光器解剖
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调Q激光器基本理论概要
程中Dn和N的变化规律，脉冲峰值功率(Pm)及脉冲宽度
(Dt)与Dn的关联性
特点: Q开关时间极短 几ns量级
讨论前提：三能级系统激光器（为什么？） L＝l, hF=1, f1=f2 及各模式振幅相等
Dnt
D Dn n ii
dDn dN , dt dt
dN dDn
Nm
Pm
Dnt
N
Dn f
0
dDn 2 21 vNDn 2n2 A21 2n1W13 dt
两式相除
dN 1 Dnt 1 dDn 2 Dn
积分
1 Dn Dnt 1dDn Ni dN 2 Dni Dn
N
Ni－ t=0 时光子数密度 Dni－t=0 时反转粒子数密度
Ni t0
dN N 21 vNDn dt R dN Dn Dnt 时 0 dt
Dnt
1 21 v R
1. 调Q速率方程及其解
理想阶跃开关；忽略泵浦及自发辐射引起的Dn的变化
dN N 21 vNDn dt R
Dnt 1 21 v R
dN N Dn 1 dt R Dnt Dn N dDn 2 dt D n t R
当 t t P Dn Dnt , N N m
Dnt
1 Dn N Ni Dni Dn Dnt ln 2 Dni
Dni 1 N m Dni Dnt Dnt ln 2 Dnt Dni Dni 1 Dnt ln 1 2 D n D n t t
T E Ei T a
激光调Q原理与技术.
二、调Q基本概念
泵浦时令腔损耗很大(Q很小),突然减小损耗(增大 Q),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
n0 nr nt ne m
m
2
n
tp:光子数密度达到m的时刻,相 应反转粒子数密度为nt
t
t
tr te
tr:光子数密度升到m/2的时刻, 相应反转粒子数密度为nr te:光子数密度降到m/2的时刻, 相应反转粒子数密度为ne
x z
y
45
LN
45
全反镜
• 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。
tr tp te
t
§2 转镜调Q激光器 一、工作原理
激光介质
1、Q开关开启
激光 半反 激光介质 转镜
2、Q开关关闭
半反 转镜
二、装置
棱镜 磁头
镜架
激光介质
半反 激光
磁钢
光泵 电源
电动机
触发电路
电光调Q激光器 一、电光效应 1、定义
沿电光晶体的某一特定方向加直流电场后,在光轴 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
2、类型
(1)纵向电光效应:电场方向与光传播方向一致 (2)横向电光效应:电场方向与光传播方向垂直
电光调Q装置示意图
3、折射率差
加电场后两个正交的本征偏振光折射率之差
激光调Q 技术讲解
么，要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加）激
光器的阈值来实现，就是当激光器开始泵浦初期，设法将激光器 的振荡阈值调得很高，抑制激光振荡的产生，这样激光上能级的 反转粒子数便可积累得很多。
当反转粒子数积累到最大时，再突然把阈值调到很低，此时，
积累在上能级的大量粒子便雪崩式的跃迁到低能级，于是在极短的
激光调Q技术
导师：杨秋红教授
学生：刘强
1
content
概述 激光调Q技术原理 2.94μm Er：YAG电光调Q激光器
概述
调Q技术的出现和发展，是激光发展史上 的一个重要突破，它是将激光能量压缩到宽
度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功
率可提高几个数量级的一种技术。
普通的脉冲激光器，光脉冲的宽度约在ms级,峰值功率也只 有几十kW. 调Q激光器,光脉冲的宽度可以压到ns级,峰值功率也已达到 MW. Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标——品质因数。 Q值定义：
W 2 Q 2 P a总
通常的激光器谐振腔的损耗是不变的，一旦光泵浦使反转粒
子数达到或略超过阈值时，激光器便开始振荡，于是激光上能级 的粒子数因受激辐射而减少，致使上能级不能积累很多的反转粒 子数，只能被限制在阈值反转数附近。这是普通激光器峰值功率 (一般为几十千瓦数量级) 不能提高的原因。 既然激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，那
转数超过阈值条件时，即产生激光振荡，使腔内光子数密度增加，而发射激光。
如此不断重复上述过程，直到泵浦停
止才结束。每个尖峰脉冲都是在阈值 附近产生的，因此脉冲的峰值功率水 平较低。增大泵浦能量也无助于峰值 功率的提高，而只会使小尖峰的个数 增加。
LASER激光器的调Q技术专讲
如此不断重复上述过程，直到泵浦停
止才结束。每个尖峰脉冲都是在阈值
附近产生的，因此脉冲的峰值功率水
平较低。增大泵浦能量也无助于峰值
功率的提高，而只会使小尖峰的个数
E2
增加。
E1
弛豫振荡产生的物理过程，可以用图2来描述。它示出了在弛豫振荡过程中粒子反转数 △n 和腔内光子数Φ的变化，每个尖峰可以分为四个阶段 (在t1时刻之前，由于泵浦作 用，粒子反转数△n增长，但尚未到达阈值△n阈因而不能形成激光振荡。)
激光调 Q 技术
调Q技术的出现和发展，是激光发展史上的一个重要突破，它是将激光能量压缩到 宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术。
调Q技术的目的： 压缩脉冲宽度，提高峰值功率。
普通的脉冲激光器,光脉冲的宽度约在ms级,峰值功率也只有几十kW. 调 Q 激光器,光脉冲的宽度可以压到ns级,峰值功率也已达到MW.
以形成不同的调Q技术。有机械转镜调Q、电光调Q技术，声光调Q技术，染
料调Q技术等。
四、调Q技术关键
➢ 动态损耗：Q 开关处于关闭状态时，谐振腔应具有最大的损耗，以保 证Q 开关打开之前没有激光产生；
➢ 插入损耗：Q 开关处于打开状态时，由开关本身引起的损耗应最 小， 一般会引入反射及散射损耗；
➢ 开关时间，Q 开关应有优异的开、关转换性能，快的开关时间， 将 产生窄而且高功率峰值的脉冲；慢的开关时间会使所存储的能量在开 关完全打开之间迅速衰竭；
图2 腔内光子数和粒子反转数随时间的变化
第三阶段(t3一t4)： △n ＜ △n阈 ，增益小于损耗，光子 数密度Φ减少并急剧下降。
第四阶段(t4一t5)：光子数减少到一定程度，泵浦又起主要作用，于是△n又开始回升， 到t5时刻△n又达到阈值△n阈 ，于是又开始产生第二个尖峰脉冲。因为泵浦的抽运过程的 持续时间要比每个尖峰脉冲宽度大得多，于是上述过程周而复始，产生一系列尖峰脉冲。 泵浦功率越大,尖峰脉冲形成越快,因而尖峰的时间间隔越小
第27讲 调Q激光器
Q脉冲建立，没有输出损耗， 。
EO P1 P2 3 m ,V 0 : K E P 波 E x P 波 E x P波 A x 0
巨脉冲输出
思考：P1 P 2光路 及调Q过程如何？
t PTM
2L c
二、调Q过程
声光调制器调制信号为
1
fs ~
21
在如上图所示的f m调制信号的驱动下，轴向光线受Bragg衍射 s G单程， ，Q ， 作用，以2n 角度被衍射出谐振腔外，
B
0，Pump n ni。
在f s调制下，消除了Bragg衍射， ，Q ，激光振荡建立，
16
27.2 声光调Q方法
四、声光PTM 激光器
2L 输出效率高，脉宽窄，t c 重复频率高，可达MHz以上
对声光器件有更高的要求： 衍射效率接近100%
开关速度要求快得多，上升时间大约为5ns，则要求光束 必须聚焦到一个直径50 m的区域上
17
27.2 声光调Q方法
18
27.2 声光调Q方法
T e
L
和吸收体被漂白 可饱和吸收材料有染料、BDN、LiF : F2 色心晶体、Cr : YAG等。 对于可饱和吸收材料有如下一些要求：
I
0 L lim , T T e I 0 0 0 lim 0, T 1
M2 圆偏振光 3 V V / 4 : M1 K E x P 波 圆偏振光 P
EO / 2EO来自 E y S 波 A， / 2
巨脉冲输出，t PTM
2L c
7
27.1电光调Q方法
激光调Q技术 讲课
激光调Q技术
（Q开关技术）
2015-3-23
光脉冲由许多振幅、脉宽和间隔作随机变化的尖峰脉冲组成的。 a图，普通脉冲固体激光器输出的脉冲，用示波器进行观察，每个 尖峰的宽度约为0.1～1μ s，间隔为数微秒，脉冲序列的长度大致 与闪光灯泵浦持续时间相等。 b图，红宝石激光器输出的尖峰。 这种现象称为激光器弛豫振荡。
用不同的方法控制不同类型的损耗变化，就可以形成不同的调Q技术。 有机械转镜调Q、电光调Q技术，声光调Q技术，染料调Q技术等。
（1）电光调Q 电光调Q原理：利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子 的反射损耗。
图4-27 电光调Q装置示意图
特点：
1.有较高的动态损耗（９９％）和插入损耗（１５％）
调Q技术就是通过某种方法使腔的Q值随时间按一定程序变化 的技术。或者说使腔的损耗随时间按一定程序变化的技术。
调Q激光脉冲的建立 过程，各参量随时间的变 化情况，如右图所示。 图(a)表示泵浦速率Wp随时 间的变化； 图(b)表示损耗率随时间的 变化； 图(c)表示粒子反转数N的 变化； 图(d)表示腔内光子数Φ随 时间的变化。
2.开关速度快，同步性能好。开关时间可以达到10-9秒 ，
3.典型的Nd:YAG 电光调Q激光器的输出光脉冲宽度
约为１０-20ns，峰值功率达到数兆瓦至数十兆瓦
4.适用于脉冲式泵浦激光器，由于该技术较高的插入损
耗使激光器无法振荡而不适用于连续泵浦激光器
（2）声光调Q
图4-28 声光调Q装置示意图
声光调Q技术 利用声光器件的布拉格衍射原理完 成调Q任务。
调Q激光器,光脉冲的宽度可以压到ns级,峰值功 率也已达到MW.
一、调Q原理
Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标
（Q开关技术）
2015-3-23
光脉冲由许多振幅、脉宽和间隔作随机变化的尖峰脉冲组成的。 a图，普通脉冲固体激光器输出的脉冲，用示波器进行观察，每个 尖峰的宽度约为0.1～1μ s，间隔为数微秒，脉冲序列的长度大致 与闪光灯泵浦持续时间相等。 b图，红宝石激光器输出的尖峰。 这种现象称为激光器弛豫振荡。
用不同的方法控制不同类型的损耗变化，就可以形成不同的调Q技术。 有机械转镜调Q、电光调Q技术，声光调Q技术，染料调Q技术等。
（1）电光调Q 电光调Q原理：利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子 的反射损耗。
图4-27 电光调Q装置示意图
特点：
1.有较高的动态损耗（９９％）和插入损耗（１５％）
调Q技术就是通过某种方法使腔的Q值随时间按一定程序变化 的技术。或者说使腔的损耗随时间按一定程序变化的技术。
调Q激光脉冲的建立 过程，各参量随时间的变 化情况，如右图所示。 图(a)表示泵浦速率Wp随时 间的变化； 图(b)表示损耗率随时间的 变化； 图(c)表示粒子反转数N的 变化； 图(d)表示腔内光子数Φ随 时间的变化。
2.开关速度快，同步性能好。开关时间可以达到10-9秒 ，
3.典型的Nd:YAG 电光调Q激光器的输出光脉冲宽度
约为１０-20ns，峰值功率达到数兆瓦至数十兆瓦
4.适用于脉冲式泵浦激光器，由于该技术较高的插入损
耗使激光器无法振荡而不适用于连续泵浦激光器
（2）声光调Q
图4-28 声光调Q装置示意图
声光调Q技术 利用声光器件的布拉格衍射原理完 成调Q任务。
调Q激光器,光脉冲的宽度可以压到ns级,峰值功 率也已达到MW.
一、调Q原理
Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标
激光调Q技术讲解
调Q激光器用于很多方面：阴影照相，测量高速 运动的物体速度，全息照相，对运动物体拍照等。
上海大学材料学院电子系
Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标 ——品质因数。
Q值定义：在激光谐振腔内，储存的总能量与腔内单位时间损耗的能量之比。
即
谐振腔 内储存的能量 Q ? 2π 每振荡周期损耗的能量
调节Q值的途径 ：
电光调 Q装置示意图
上海大学材料学院电子系
电光调Q技术分为两个阶段
第一阶段：积累阶段
偏振光通过KDP晶体时分解为沿X和Y方向振动的振幅相 等的两束光，两束光的振动方向垂直，频率相同，沿相同方 向传播时，其合成的规迹由两光的相位差来决定，当 ? ? ? 时，两束光合成为一线偏光，它的振动方向相对入射光的原 振动方向旋转90度。因为P1//P2，所以，从晶体出来的光不 能通过P2，被P2反射掉。所以光不能在腔内来回传播形成振 荡。这就相当于腔内光子的损耗很大， Q值很高，称为“关 门”状态。
要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加） 激光器的阈值来实现，就是当激光器开始泵浦初期，设法将激 光器的振荡阈值调得很高，抑制激光振荡的产生，这样激光上 能级的反转粒子数便可积累得很多。
上海大学材料学院电子系
? 当反转粒子数积累到最大时，突然把阈值调 到很低，积累在上能级的大量粒子便雪崩式 的跃迁到低能级，于是在极短的时间内将能 量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲 激光输出。
? 当超过阈值时，又产生第二个脉冲，如此不断重复 上述过程，直到泵浦停止才结束。 每个尖峰脉冲都 是在阈值附近产生的，因此脉冲的峰值功率水平较 低。增大泵浦能量也无助于峰值功率的提高，而只 会使小尖峰的个数增加。
上海大学材料学院电子系
通常的激光器谐振腔的损耗是不变的 ，一旦光泵浦使反转 粒子数达到或略超过阈值时，激光器便开始振荡，于是激光上 能级的粒子数因受激辐射而减少，致使上能级不能积累很多的 反转粒子数，只能被限制在阈值反转数附近。这是普通激光器 峰值功率(一般为几十千瓦数量级) 不能提高的原因。
上海大学材料学院电子系
Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标 ——品质因数。
Q值定义：在激光谐振腔内，储存的总能量与腔内单位时间损耗的能量之比。
即
谐振腔 内储存的能量 Q ? 2π 每振荡周期损耗的能量
调节Q值的途径 ：
电光调 Q装置示意图
上海大学材料学院电子系
电光调Q技术分为两个阶段
第一阶段：积累阶段
偏振光通过KDP晶体时分解为沿X和Y方向振动的振幅相 等的两束光，两束光的振动方向垂直，频率相同，沿相同方 向传播时，其合成的规迹由两光的相位差来决定，当 ? ? ? 时，两束光合成为一线偏光，它的振动方向相对入射光的原 振动方向旋转90度。因为P1//P2，所以，从晶体出来的光不 能通过P2，被P2反射掉。所以光不能在腔内来回传播形成振 荡。这就相当于腔内光子的损耗很大， Q值很高，称为“关 门”状态。
要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加） 激光器的阈值来实现，就是当激光器开始泵浦初期，设法将激 光器的振荡阈值调得很高，抑制激光振荡的产生，这样激光上 能级的反转粒子数便可积累得很多。
上海大学材料学院电子系
? 当反转粒子数积累到最大时，突然把阈值调 到很低，积累在上能级的大量粒子便雪崩式 的跃迁到低能级，于是在极短的时间内将能 量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲 激光输出。
? 当超过阈值时，又产生第二个脉冲，如此不断重复 上述过程，直到泵浦停止才结束。 每个尖峰脉冲都 是在阈值附近产生的，因此脉冲的峰值功率水平较 低。增大泵浦能量也无助于峰值功率的提高，而只 会使小尖峰的个数增加。
上海大学材料学院电子系
通常的激光器谐振腔的损耗是不变的 ，一旦光泵浦使反转 粒子数达到或略超过阈值时，激光器便开始振荡，于是激光上 能级的粒子数因受激辐射而减少，致使上能级不能积累很多的 反转粒子数，只能被限制在阈值反转数附近。这是普通激光器 峰值功率(一般为几十千瓦数量级) 不能提高的原因。
激光调Q技术讲解
超阈度: D ni
nth
ni
nth =10
ni nth =20
ni nth =30
ni nth =40
ni nth =50
100 000
50 000
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
s 0.06
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光脉冲宽度
上海大学材料学院电子系
几种激光调Q技术
机械转镜调Q
分
电光调Q技术
主动式调Q方法
高压、快速电光驱动器或射
调Q激光器用于很多方面：阴影照相，测量高速 运动的物体速度，全息照相，对运动物体拍照等。
上海大学材料学院电子系
Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标——品质因数。
Q值定义：在激光谐振腔内，储存的总能量与腔内单位时间损耗的能量之比。
即
谐振腔内储存的能量 Q 2π 每振荡周期损耗的能量
调节Q值的途径 ：
上海大学材料学院电子系
电光调Q技术分为两个阶段
第一阶段：积累阶段
偏振光通过KDP晶体时分解为沿X和Y方向振动的振幅相 等的两束光，两束光的振动方向垂直，频率相同，沿相同方 向传播时，其合成的规迹由两光的相位差来决定，当 时，两束光合成为一线偏光，它的振动方向相对入射光的原 振动方向旋转90度。因为P1//P2，所以，从晶体出来的光不 能通过P2，被P2反射掉。所以光不能在腔内来回传播形成振 荡。这就相当于腔内光子的损耗很大，Q值很高，称为“关 门”状态。
激光调Q技术
刘强 11721442
上海大学材料学院电子系
content
概述 激光调Q技术原理 几种激光调Q技术
上海大学材料学院电子系
第27讲-调Q激光器分解讲课讲稿
V0E x P E O 0 T E O 0 P E x
T 1 0 0 % , 光 路 导 通 ， Q 值 高 ，
思 考 题 ： 怎 么 将 / 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 输 出 ， Q脉 冲 宽 度 1 0 1 0 0 n s。
巨脉冲输出
思考：P1P2光路 及调Q过程如何？
2L
tPTM c
5
27.1电光调Q方法
2 、 /4 波 片 式 ： rr
1VV/4:M 1 K P E xP 波 E O /2 圆 偏 振 光 M 2 圆 偏 振 光
r
E O /2 r E y S 波 r A ， 不 能 通 过 rP , T 0 , 激 光 不 能 r振 荡 ， n i 2 V 0 :M 1 K P E xP 波 E O 0 E xP 波 M 2 E x P 波
2
27.1电光调Q方法
3
27.1电光调Q方法
二 、 偏 振 器 件
4
27.1电光调Q方法
三 、 P T M 式 电 光 调 Q由 两 个 全 反 镜 组 成 谐 振 腔
1 、 2 1 V /n 2 波 0 :片 n K m r a 式 x ,V P 1 V E r / x 2 : P M 波 1 K r E O 0 P 1 E r E r xx P P 波 波 P 2 E O E r x 不 E r P 能 y 波 S 振 波 荡 A ，， P 2 n M i 2
巨 脉 冲 输 出 ， tPTM2cL
6
27.1电光调Q方法
四 、 设 计 电 光 调 Q 激 光 器 要 考 虑 的 问 题
T 1 0 0 % , 光 路 导 通 ， Q 值 高 ，
思 考 题 ： 怎 么 将 / 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 输 出 ， Q脉 冲 宽 度 1 0 1 0 0 n s。
巨脉冲输出
思考：P1P2光路 及调Q过程如何？
2L
tPTM c
5
27.1电光调Q方法
2 、 /4 波 片 式 ： rr
1VV/4:M 1 K P E xP 波 E O /2 圆 偏 振 光 M 2 圆 偏 振 光
r
E O /2 r E y S 波 r A ， 不 能 通 过 rP , T 0 , 激 光 不 能 r振 荡 ， n i 2 V 0 :M 1 K P E xP 波 E O 0 E xP 波 M 2 E x P 波
2
27.1电光调Q方法
3
27.1电光调Q方法
二 、 偏 振 器 件
4
27.1电光调Q方法
三 、 P T M 式 电 光 调 Q由 两 个 全 反 镜 组 成 谐 振 腔
1 、 2 1 V /n 2 波 0 :片 n K m r a 式 x ,V P 1 V E r / x 2 : P M 波 1 K r E O 0 P 1 E r E r xx P P 波 波 P 2 E O E r x 不 E r P 能 y 波 S 振 波 荡 A ，， P 2 n M i 2
巨 脉 冲 输 出 ， tPTM2cL
6
27.1电光调Q方法
四 、 设 计 电 光 调 Q 激 光 器 要 考 虑 的 问 题
调Q激光器基本理论
qN
qN
振幅 sin 1 2N 1t
At E0
2
sin 1 t
2
E0
E t cos0t
振幅调制包络
sin 1
2 sin
2N 1 1 t
2
t
三、锁模脉冲特性
未锁定时 I 2N 1E02
(1) 峰值功率 Im (光强极大值)
sin 2 1 2N 1t
I t E 2 t E02
1 , 2 , 3
2 21, 3 31
E1 = E2 = E3 = E0 , 1 2 3 0
（振幅相等） （初始相位为0）
E1 E0 cos2 1t E2 E0 cos4 1t E3 E0 cos6 1t
E(t)
0
E1 E0 cos21t E2 E0 cos41t E3 E0 cos61t
T0
2
2L c
1
D q
2L v
(3) 脉冲宽度 ()
2
2N 1
2L c
1 2N 1
1
D q 2N
1
1
D osc
1
D F
通过DnF 可估算锁模脉宽 钕玻璃 DF ＝7.5×1012 ~ps
激光器类型
荧光线宽（s-1） 荧光线宽的倒数(s) 脉冲宽度（测量值）(s)
氦氖
1.5×109
Nd:YAG
N
R
两式相除 dN 1 Dnt 1 积分 dDn 2 Dn
N
Ni
dN
1 2
Dn
Dni
Dnt Dn
1dDn
Ni－ t=0 时光子数密度 Dni－t=0 时反转粒子数密度
(7-3-5)
调Q光纤激光器类型机器工作原理
调Q光纤激光器类型机器工作原理光纤激光器（Fiber Laser）是一种利用光纤作为增益介质的激光器装置，具有高效率、高光束质量和高可靠性等优点。
它广泛应用于材料加工、激光通信、医学、科研等领域。
本文将详细介绍光纤激光器的类型和工作原理。
光纤激光器的类型主要包括光纤连续激光器（Fiber Continuous Wave Laser）、光纤脉冲激光器（Fiber Pulsed Laser）、光纤放大器（Fiber Amplifier）和光纤激光器阵列（Fiber Laser Array）。
光纤连续激光器是一种产生连续激光输出的光纤激光器。
其工作原理主要分为两种：光激励和电激励。
光激励是指通过一个高功率激光器对光纤进行泵浦，使能级发生倒置，从而实现激射。
电激励是指通过一个电极对光纤进行电激励，使能级发生倒置。
在光纤归一模式的作用下，激光能够在光纤内进行反射和放大，最终形成一个连续的激光输出。
光纤脉冲激光器是一种产生脉冲激光输出的光纤激光器。
其工作原理是通过在光纤内部引入调制器进行光与光的耦合，从而实现激射和放大。
常见的调制器有互调器和吸收调制器。
互调器通过在光纤中引入非线性介质，使得光与光之间发生互相作用，产生脉冲激射。
吸收调制器则是通过改变激射光纤中的损耗，实现光的调制，从而产生脉冲激射。
光纤放大器是一种利用光纤进行信号放大的装置。
其工作原理是通过在光纤中引入掺杂物，如铒离子（Er3+）或镱离子（Tm3+），通过泵浦光的激励，将光信号进行放大。
掺杂离子的能级跃迁过程中会产生辐射跃迁，从而放大光信号。
光纤放大器可用于光纤通信中的信号增强，提高信号传输的距离和质量。
光纤激光器阵列是一种将多个光纤激光器组成阵列的装置。
阵列中的每个光纤激光器都可以单独进行激射，从而实现高功率的激光输出。
阵列中的光纤激光器可以通过相互耦合进行相位调控，从而实现多波长、多模式和多脉冲的激光输出。
光纤激光器阵列主要应用于材料加工、激光通信和军事等领域。
激光调Q原理与技术
Ln 3oE
L：晶体沿通光方向长度 ：真空中光波长
5、半波电压 使相移等于所须电压
纵向电光效应 横向电光效应
U
2no3
U
2no3
H L
H:晶体沿电场方 向的长度
6、电光晶体的作用
1、加U : 相当于半波片,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2角(为入
射线偏振光与该本征偏振光的夹角)
若 =45 ,则入、出射线偏振光方 向互相垂直
2、加 U: 相当于四分之一波片,使入射线偏振光变 为椭圆偏2 振光
若 =45 ,<1>磷酸氢钾<KDP>
电场与光传播方向都沿z轴<纵> 两本征偏振光方向分别沿x 、 <2y>铌酸锂<LN>
a>电场沿x轴,光传播方向沿z轴<横> 两本征偏振光方向分别沿x 、y b>电场沿y轴,光传播方向沿z轴<横> 两本征偏振光方向分别沿x、y
二、电光调Q工作原理
1、Q开关开启
激光
电光器件 全反镜
输出镜
激光介质 起偏镜
检偏镜
2、Q开关关闭
电光器件 + 全反镜
输出镜
激光介质 起偏镜 - 检偏镜
三、电光调Q激光器装置
1、带偏振器的KDP电光调Q激光器
激光
YAG
KDP
全反镜
输出镜
氙灯
偏振器
2、双45LN电光调Q激光器
激光
YAG
输出镜
氙灯
U 2
x y z 45
LN 全反镜
45
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.
激光调Q技术讲解
上海大学材料学院电子系
声光调Q技术
?1.下图是一个声光调 Q的YAG激光器的示意图。腔内 插入的声光调 Q器件由声光互作用介质 (如熔融石英 )和 键合于其上的换能器所构成的。
? 2.原理：在激光谐振腔内放置声光偏振器，当光通过 介质中的超声场时，由于衍射造成光的偏折，就会增加 损耗而改变腔的 Q值。
上海大学材料学院电子系th10th20th30th40th5000100200300400500650000100000150000200000250000峰值光子数密度要获得高的超阈度要求泵浦强损耗低光脉冲宽度上海大学材料学院电子系机械转镜调q声光调q技术电光调q技术染料调q技术主动式调q方法被动式调q方法高压快速电光驱动器或射频调制器等外部条件人为地改变激光腔内q值的技术激光波长处吸收系数随能量密度增加而减小直至饱和的可饱和吸收特性将其置于谐振腔内起到调制q值的作用上海大学材料学院电子系电光调q技术电光效应
上海大学材料学院电子系
（2）第二阶段：脉冲形成阶段——Q开关完全打开
在第一阶段工作物质的反转粒子数达到最 大值 ? n0 时，突然退去晶体上的电压，这时晶 体又恢复了原来的状态，光在腔内形成振荡 。
上海大学材料学院电子系
电光调Q应用
RTP晶体/RTP Q开关 半导体泵浦激光打标机
上海大学材料学院电子系
声光调Q装置示意图
上海大学材料学院电子系
声光调Q应用
串联式多路声光调制器
声光效应演示仪
上海大学材料学院电子系
染料调Q技术
? 染料调 Q是指在谐振腔中插入染料，当激光器刚运 转，发射光强很小时，染料的强烈吸收作用使 Q值 很低，上能级粒子数便能迅速积累；
? 当腔内光强增加到一定程度时，染料突然达到吸收 饱和，对该波长的光成为透明媒质，从而谐振腔的 Q值突然升高，产生激光巨脉冲。
声光调Q技术
?1.下图是一个声光调 Q的YAG激光器的示意图。腔内 插入的声光调 Q器件由声光互作用介质 (如熔融石英 )和 键合于其上的换能器所构成的。
? 2.原理：在激光谐振腔内放置声光偏振器，当光通过 介质中的超声场时，由于衍射造成光的偏折，就会增加 损耗而改变腔的 Q值。
上海大学材料学院电子系th10th20th30th40th5000100200300400500650000100000150000200000250000峰值光子数密度要获得高的超阈度要求泵浦强损耗低光脉冲宽度上海大学材料学院电子系机械转镜调q声光调q技术电光调q技术染料调q技术主动式调q方法被动式调q方法高压快速电光驱动器或射频调制器等外部条件人为地改变激光腔内q值的技术激光波长处吸收系数随能量密度增加而减小直至饱和的可饱和吸收特性将其置于谐振腔内起到调制q值的作用上海大学材料学院电子系电光调q技术电光效应
上海大学材料学院电子系
（2）第二阶段：脉冲形成阶段——Q开关完全打开
在第一阶段工作物质的反转粒子数达到最 大值 ? n0 时，突然退去晶体上的电压，这时晶 体又恢复了原来的状态，光在腔内形成振荡 。
上海大学材料学院电子系
电光调Q应用
RTP晶体/RTP Q开关 半导体泵浦激光打标机
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声光调Q装置示意图
上海大学材料学院电子系
声光调Q应用
串联式多路声光调制器
声光效应演示仪
上海大学材料学院电子系
染料调Q技术
? 染料调 Q是指在谐振腔中插入染料，当激光器刚运 转，发射光强很小时，染料的强烈吸收作用使 Q值 很低，上能级粒子数便能迅速积累；
? 当腔内光强增加到一定程度时，染料突然达到吸收 饱和，对该波长的光成为透明媒质，从而谐振腔的 Q值突然升高，产生激光巨脉冲。
调q激光技术的具体介绍
调q激光技术是激光单元技术之一，是为压缩激光器输出脉冲宽度和提高脉
冲峰值功率而采取的一种特殊技术;这种技术的.基础是一种特殊的关键元件──快速
腔内光开关，一般称为激光调Q开关，或简称为Q开关。
共振腔的Q值大小，是由腔内损耗和反射镜光学反馈能力两个因素所决定
的;Q值愈高，所需要的泵浦阈值就越低，亦即激光愈容易起振。
在一般的脉冲固
体激光器的情况下，若不采用特殊的技术措施，脉冲激光在腔内的振荡持续时间，与光泵脉冲时间(毫秒量级左右)大致相同，因此输出激光的脉冲功率水平亦总是有
限的。
如果采用一种特殊的技术，使光泵脉冲开始后相当长一段时间内，有意降低共振腔的Q值而不产生激光振荡，则工作物质内的粒子数反转程度会不断通过光泵
积累而增大。
;然后在某一特殊选定的时刻，突然快速增大共振腔的Q值，使腔内迅速发生
激光振荡，积累到较高程度的反转粒子数能量会集中在很短的时间间隔内快速释放出来，从而可获得很窄脉冲宽度和高峰值功率的激光输出。
为实现以上目的，最常用的方法是在共振腔内引入一个快速光开关──Q开关，它在光泵脉冲开始后的一段时间内处于“关闭”或“低Q”状态，此时腔内不能形成振
荡而粒子数反转不断得到增强;在粒子数反转程度达到最大时，腔内Q开关突然处
于“接通”或“高Q”状态，从而在腔内形成瞬时的强激光振荡，并产生所谓的调Q激
光脉冲输出到腔外。
通过以上的介绍大家应该对调q激光技术有了更加深入的了解了，调q激光
技术的效果还是非常理想的，是一种十分先进的技术，也带给了人们很多的帮助，在生活中的应用也非常的广泛。
调Q激光器分解
重复频率高，可达MHz以上 对声光器件有更高的要求：
衍射效率接近100% 开关速度要求快得多，上升时间大约为5ns，则要求光束
必须聚焦到一个直径50m的区域上
17
27.2 声光调Q方法
18
27.2 声光调Q方法
19
27.3 被动调Q
电光调Q和声光调Q都是主动式调Q，即人为的利用某 些物理效应来控制激光谐振腔的损耗，从而达到Q值 得突变；而被动式调Q方式，是利用某些可饱和吸收 体本身特性来改变激光谐振腔的损耗，达到调Q目的。
的重复率输出。
s
10
27.2 声光调Q方法
11
27.2 声光调Q方法
三、声光调Q激光器输出特性
1、声光调Q实验装置
从超声场消失到巨脉冲形成有一时间间隔，这就是脉冲建立
时间t
D
一般为
s
，开关的开关时间t
s
必须小于t
。
D
声光调Q的开关时间是微秒量级,比电光调Q要长得多。
12
27.2 声光调Q方法
2、输出特性
一般取fs 1 / s，对于Nd :YAG， s 230s，则fs 取4 ~ 5kHz
定义H
峰值功率 连续输出功率
，则H
~
fs 关系如右下图所示。
14
27.2 声光调Q方法
超阈度D ni / nt的影响 声光调Q的D比电光调Q低很多，可以通过提高泵浦功率和减小 激光器损耗来提高超阈度D
四、声光调Q器件
Ey
T 100%,光路导通，Q值高，
思考题：怎么将 / 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 振荡输出，Q脉冲 宽度10 100ns。
衍射效率接近100% 开关速度要求快得多，上升时间大约为5ns，则要求光束
必须聚焦到一个直径50m的区域上
17
27.2 声光调Q方法
18
27.2 声光调Q方法
19
27.3 被动调Q
电光调Q和声光调Q都是主动式调Q，即人为的利用某 些物理效应来控制激光谐振腔的损耗，从而达到Q值 得突变；而被动式调Q方式，是利用某些可饱和吸收 体本身特性来改变激光谐振腔的损耗，达到调Q目的。
的重复率输出。
s
10
27.2 声光调Q方法
11
27.2 声光调Q方法
三、声光调Q激光器输出特性
1、声光调Q实验装置
从超声场消失到巨脉冲形成有一时间间隔，这就是脉冲建立
时间t
D
一般为
s
，开关的开关时间t
s
必须小于t
。
D
声光调Q的开关时间是微秒量级,比电光调Q要长得多。
12
27.2 声光调Q方法
2、输出特性
一般取fs 1 / s，对于Nd :YAG， s 230s，则fs 取4 ~ 5kHz
定义H
峰值功率 连续输出功率
，则H
~
fs 关系如右下图所示。
14
27.2 声光调Q方法
超阈度D ni / nt的影响 声光调Q的D比电光调Q低很多，可以通过提高泵浦功率和减小 激光器损耗来提高超阈度D
四、声光调Q器件
Ey
T 100%,光路导通，Q值高，
思考题：怎么将 / 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 振荡输出，Q脉冲 宽度10 100ns。
q调制激光器的调q方法
q调制激光器的调q方法调Q技术是一种常用于激光器中的调制方法，通过调整激光腔内的Q值来实现激光器的调制。
Q值是指激光腔内的能量耗散速率与能量储存速率之间的比值，它决定了激光器的脉冲宽度和重复频率。
调Q技术的应用广泛，包括激光通信、激光雷达、光谱分析等领域。
调Q技术主要通过调整激光腔内的损耗来改变激光脉冲的宽度和重复频率。
在激光腔内引入一定的调Q元件，如快速开关或可调谐器件，可以改变激光腔内的损耗。
当调Q元件处于开启状态时，激光腔内的损耗较大，能量耗散速率增加，脉冲宽度变窄，重复频率增加。
当调Q元件处于闭合状态时，激光腔内的损耗较小，能量储存速率增加，脉冲宽度变宽，重复频率减小。
调Q技术的关键在于选择合适的调Q元件。
常用的调Q元件包括电调Q器、声光调Q器、光纤调Q器等。
这些元件可以通过外界的电场、声波或光信号来改变其透过率，从而改变激光腔内的损耗。
调Q元件的选择应根据具体应用需求来确定，包括工作频率范围、调制速度、功耗等因素。
调Q技术的优点在于可以实现对激光器输出脉冲宽度和重复频率的精确控制。
通过调整调Q元件的工作状态，可以实现从几纳秒到几微秒的脉冲宽度调节，以及从几千赫兹到几十兆赫兹的重复频率调节。
这使得调Q激光器在激光雷达、光通信等领域有着广泛的应用。
调Q技术还可以实现激光器的自脉冲模式锁定。
自脉冲模式锁定是指当激光器输出功率超过一定阈值时，激光器自身形成稳定的脉冲序列。
通过调整调Q元件的工作状态，可以实现对自脉冲模式锁定的控制，从而实现对激光器输出脉冲序列的调节。
调Q技术是一种常用的激光器调制方法，通过调整激光腔内的Q值来实现对激光器输出脉冲宽度和重复频率的控制。
调Q技术的应用广泛，并且可以实现对脉冲序列的调节和自脉冲模式锁定的控制。
随着激光技术的不断发展，调Q技术将在更多领域展现其重要性和应用价值。
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3
27.1电光调Q方法
4
27.1电光调Q方法
二、偏振器件
5
27.1电光调Q方法
三、PTM式电光调Q 由两个全反镜组成谐振腔
1、 / 2波片式
不能振荡，ni
1 V 0 : K P1 Ex P波 EO 0 Ex P波 P2 Ex P波 A，
2 n nmax ,V V /2 : M1 K P1 Ex P波 EO E y S波 P2 M2
的重复率输出。
s
10
27.2 声光调Q方法
11
27.2 声光调Q方法
三、声光调Q激光器输出特性
1、声光调Q实验装置
从超声场消失到巨脉冲形成有一时间间隔，这就是脉冲建立
时间t
D
一般为
s
，开关的开关时间t
s
必须小于t
。
D
声光调Q的开关时间是微秒量级,比电光调Q要长得多。
12
27.2 声光调Q方法
2、输出特性
Bragg公式：sin B
0 2ns
0 2n s
fs
ks 2k
s G单程
超声场有上升时间tr和下降时间t f，t f 就是开关时间ts ,由两部
分构成：一是换能器的功率下降时间；二是光束的渡越时间d /Vz 。
fs 1/s
16
27.2 声光调Q方法
四、声光PTM激光器
输出效率高，脉宽窄，t 2L c
部件1为换能器，由石英、 铌酸锂等晶体构成。 部件2为声光介质，可以 采用熔融石英、玻璃、氧
化碲TiO2 、钼酸铅 PbMO4 等材料。
15
27.2 声光调Q方法
部件3是吸声材料，一般采用 铅橡胶、玻璃棉等材料。
dcf 为锐角
abcd面一般采用平行四边
形，使abc 90o B
Bragg判据：L 2L0
重复频率高，可达MHz以上 对声光器件有更高的要求：
衍射效率接近100% 开关速度要求快得多，上升时间大约为5ns，则要求光束
必须聚焦到一个直径50m的区域上
17
27.2 声光调Q方法
18
27.2 声光调Q方法
19
27.3 被动调Q
电光调Q和声光调Q都是主动式调Q，即人为的利用某 些物理效应来控制激光谐振腔的损耗，从而达到Q值 得突变；而被动式调Q方式，是利用某些可饱和吸收 体本身特性来改变激光谐振腔的损耗，达到调Q目的。
一般取fs 1 / s，对于Nd :YAG， s 230s，则fs 取4 ~ 5kHz
定义H
峰值功率 连续输出功率
，则H
~
fs 关系如右下图所示。
14
27.2 声光调Q方法
超阈度D ni / nt的影响 声光调Q的D比电光调Q低很多，可以通过提高泵浦功率和减小 激光器损耗来提高超阈度D
四、声光调Q器件
激光原理与技术
第二十七讲 调Q激光器
27.1电光调Q方法
在激光谐振腔内，利用电光调制器作为Q开关。
电光Q开关时间在ns量级。 调Q时间可以精确控制。
一、PRM式电光调Q
1、 / 2波片式
X / / P1 P2 / /Y
加 V
压
0 R P1 EO P2 T , 光路断,Q值低，ni
式
V
V /2
Ex
E9O0o E y
,光路通，Q值高，
P1 / / P2 X
退 V
V /2
Ex
E9O0o E y
压
光路断,Q值低，ni
式 V 0 R P1 EO P2T
光路通，Q值高，
2
27.1电光调Q方法
2、 / 4波片式：起偏与检偏合二为一
退 压
V
式 V
V /4 0
Байду номын сангаас 3 V V /4 : M1 K P Ex P波 EO/2 圆偏振光 M2 圆偏振光
EO/2 E y S波 A，
巨脉冲输出，t PTM
2L c
7
27.1电光调Q方法
四、设计电光调Q激光器要考虑的问题
调制晶体 消光比高，透过率高，半波电压低，抗激光破坏阈值高。 晶体潮解问题
Pin PM ，t
fs PM ，t ，P
当fs
10kHz时，动静比
调Q的平均功率 不调Q的连续功率的比值
1
13
27.2 声光调Q方法
重复频率对输出性能的影响
fs As，反转粒子数未饱和； fs As，反转粒子数饱和；
fs 过高时，ni 较低，调Q脉冲的峰值功率较低，脉宽较宽； fs 过低时，部分反转粒子数会由于自发辐射而损耗，影响效率
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。
8
27.2 声光调Q方法
一、机理
在激光谐振腔内，利用声光调制器作为Q开关。 声光调制器件采用行波场，Bragg衍射，要求s G单程 声光调制器的1级光为腔内损耗，0级光为激光振荡。 声光调Q多用于增益较低的连续激光器。 思考题：为什么声光调Q中，声光调制器件要采用行波场？
1 V V /4 : M1 K P Ex P波 EO/2 圆偏振光 M2 圆偏振光
EO/2 Ey S波 A，不能通过P,T 0, 激光不能振荡，ni 2 V 0 : M1 K P Ex P波 EO 0 Ex P波 M2 Ex P波
EO 0 Ex P波 P M1，Q脉冲建立，没有输出损耗， 。
9
27.2 声光调Q方法
二、调Q过程
声光调制器调制信号为
1
fs ~ 21
在如上图所示的fm调制信号的驱动下，轴向光线受Bragg衍射
作用，以2nB角度被衍射出谐振腔外，s G单程， ，Q ，
0，Pump n ni。
在fs调制下，消除了Bragg衍射， ，Q ，激光振荡建立，
，巨脉冲以f
Ex P EO/2T EO/2 P T 0,光路断,Q值低，ni Ex P EO0T EO0 P Ex
Ey
T 100%,光路导通，Q值高，
思考题：怎么将 / 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 振荡输出，Q脉冲 宽度10 100ns。
M1 K P1 Ex P波 EO Ey S波 P2 M2
Q脉冲建立，没有输出损耗， 。
3 m ,V 0 : K P1 Ex P波 EO 0 Ex P波 P2 Ex P波 A
巨脉冲输出
思考：P1 P2光路 及调Q过程如何？
t PTM
2L c
6
27.1电光调Q方法
2、 / 4波片式：
27.1电光调Q方法
4
27.1电光调Q方法
二、偏振器件
5
27.1电光调Q方法
三、PTM式电光调Q 由两个全反镜组成谐振腔
1、 / 2波片式
不能振荡，ni
1 V 0 : K P1 Ex P波 EO 0 Ex P波 P2 Ex P波 A，
2 n nmax ,V V /2 : M1 K P1 Ex P波 EO E y S波 P2 M2
的重复率输出。
s
10
27.2 声光调Q方法
11
27.2 声光调Q方法
三、声光调Q激光器输出特性
1、声光调Q实验装置
从超声场消失到巨脉冲形成有一时间间隔，这就是脉冲建立
时间t
D
一般为
s
，开关的开关时间t
s
必须小于t
。
D
声光调Q的开关时间是微秒量级,比电光调Q要长得多。
12
27.2 声光调Q方法
2、输出特性
Bragg公式：sin B
0 2ns
0 2n s
fs
ks 2k
s G单程
超声场有上升时间tr和下降时间t f，t f 就是开关时间ts ,由两部
分构成：一是换能器的功率下降时间；二是光束的渡越时间d /Vz 。
fs 1/s
16
27.2 声光调Q方法
四、声光PTM激光器
输出效率高，脉宽窄，t 2L c
部件1为换能器，由石英、 铌酸锂等晶体构成。 部件2为声光介质，可以 采用熔融石英、玻璃、氧
化碲TiO2 、钼酸铅 PbMO4 等材料。
15
27.2 声光调Q方法
部件3是吸声材料，一般采用 铅橡胶、玻璃棉等材料。
dcf 为锐角
abcd面一般采用平行四边
形，使abc 90o B
Bragg判据：L 2L0
重复频率高，可达MHz以上 对声光器件有更高的要求：
衍射效率接近100% 开关速度要求快得多，上升时间大约为5ns，则要求光束
必须聚焦到一个直径50m的区域上
17
27.2 声光调Q方法
18
27.2 声光调Q方法
19
27.3 被动调Q
电光调Q和声光调Q都是主动式调Q，即人为的利用某 些物理效应来控制激光谐振腔的损耗，从而达到Q值 得突变；而被动式调Q方式，是利用某些可饱和吸收 体本身特性来改变激光谐振腔的损耗，达到调Q目的。
一般取fs 1 / s，对于Nd :YAG， s 230s，则fs 取4 ~ 5kHz
定义H
峰值功率 连续输出功率
，则H
~
fs 关系如右下图所示。
14
27.2 声光调Q方法
超阈度D ni / nt的影响 声光调Q的D比电光调Q低很多，可以通过提高泵浦功率和减小 激光器损耗来提高超阈度D
四、声光调Q器件
激光原理与技术
第二十七讲 调Q激光器
27.1电光调Q方法
在激光谐振腔内，利用电光调制器作为Q开关。
电光Q开关时间在ns量级。 调Q时间可以精确控制。
一、PRM式电光调Q
1、 / 2波片式
X / / P1 P2 / /Y
加 V
压
0 R P1 EO P2 T , 光路断,Q值低，ni
式
V
V /2
Ex
E9O0o E y
,光路通，Q值高，
P1 / / P2 X
退 V
V /2
Ex
E9O0o E y
压
光路断,Q值低，ni
式 V 0 R P1 EO P2T
光路通，Q值高，
2
27.1电光调Q方法
2、 / 4波片式：起偏与检偏合二为一
退 压
V
式 V
V /4 0
Байду номын сангаас 3 V V /4 : M1 K P Ex P波 EO/2 圆偏振光 M2 圆偏振光
EO/2 E y S波 A，
巨脉冲输出，t PTM
2L c
7
27.1电光调Q方法
四、设计电光调Q激光器要考虑的问题
调制晶体 消光比高，透过率高，半波电压低，抗激光破坏阈值高。 晶体潮解问题
Pin PM ，t
fs PM ，t ，P
当fs
10kHz时，动静比
调Q的平均功率 不调Q的连续功率的比值
1
13
27.2 声光调Q方法
重复频率对输出性能的影响
fs As，反转粒子数未饱和； fs As，反转粒子数饱和；
fs 过高时，ni 较低，调Q脉冲的峰值功率较低，脉宽较宽； fs 过低时，部分反转粒子数会由于自发辐射而损耗，影响效率
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。
8
27.2 声光调Q方法
一、机理
在激光谐振腔内，利用声光调制器作为Q开关。 声光调制器件采用行波场，Bragg衍射，要求s G单程 声光调制器的1级光为腔内损耗，0级光为激光振荡。 声光调Q多用于增益较低的连续激光器。 思考题：为什么声光调Q中，声光调制器件要采用行波场？
1 V V /4 : M1 K P Ex P波 EO/2 圆偏振光 M2 圆偏振光
EO/2 Ey S波 A，不能通过P,T 0, 激光不能振荡，ni 2 V 0 : M1 K P Ex P波 EO 0 Ex P波 M2 Ex P波
EO 0 Ex P波 P M1，Q脉冲建立，没有输出损耗， 。
9
27.2 声光调Q方法
二、调Q过程
声光调制器调制信号为
1
fs ~ 21
在如上图所示的fm调制信号的驱动下，轴向光线受Bragg衍射
作用，以2nB角度被衍射出谐振腔外，s G单程， ，Q ，
0，Pump n ni。
在fs调制下，消除了Bragg衍射， ，Q ，激光振荡建立，
，巨脉冲以f
Ex P EO/2T EO/2 P T 0,光路断,Q值低，ni Ex P EO0T EO0 P Ex
Ey
T 100%,光路导通，Q值高，
思考题：怎么将 / 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 振荡输出，Q脉冲 宽度10 100ns。
M1 K P1 Ex P波 EO Ey S波 P2 M2
Q脉冲建立，没有输出损耗， 。
3 m ,V 0 : K P1 Ex P波 EO 0 Ex P波 P2 Ex P波 A
巨脉冲输出
思考：P1 P2光路 及调Q过程如何？
t PTM
2L c
6
27.1电光调Q方法
2、 / 4波片式：