调Q光纤激光器类型机器工作原理
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
激光器的基本技术激光调Q技术讲解课件
测量领域
利用激光的高亮度和相干性好 的特点，实现高精度的测量和 定位。
军事领域
利用激光的高亮度和方向性好 的特点，实现远距离的探测、 跟踪和瞄准。
工业领域
利用激光的高亮度和高能量密 度的特点，实现各种加工和制 造，如切割、焊接、打标等。
02
激光调Q技术介绍
调Q技术的定义
调Q技术
调Q技术是一种控制激光器输出 脉冲宽度的技术，通过调节激光 器的腔长或腔内损耗，使激光器 在脉冲状态下工作，从而获得短 脉冲和高峰值功率的激光输出。
当激光器处于低损耗状态时，腔内的光子数会逐渐增加，当腔内的光子数达到最 大值时，突然关闭腔的损耗，使腔内光子数突然剧增，导致激光器产生单脉冲输 出。
调Q技术的实现方式
机械方式
通过调节反射镜或光学元件的位 置来实现腔长或折射率的调节。
电学方式
通过改变腔内电场的分布来实现 折射率的调节。
调Q技术的优缺点
调Q技术的原理
调Q技术的原理是通过调节激光 器的腔长或腔内损耗，使激光器 在脉冲状态下工作。在脉冲状态 下，激光器的输出功率和光束质 量得到显著提高，从而获得短脉 冲和高峰值功率的激光输出。
调Q技术的分类
调Q技术可以分为被动调Q和主动 调Q两大类。被动调Q技术利用某 些材料的物理特性（如非线性折 射率变化）来实现腔内损耗的调 节；主动调Q技术则通过外部控 制电路或声光调制器等设备来实 现腔内损耗的调节。
等优点。
激光调Q技术在工业领域的应用
激光调Q技术在工业领域的应用也非常广泛，它可以用于加工各种材料，如金属、 非金属、复合材料等。
激光调Q技术还可以用于制造各种产品，如激光打印机、激光投影仪、激光传感器 等。
脉冲调q激光器原理
hv21(a)21(b)2 E 1(c)光与物质作用的吸收过程2 1(c)2 E 1(a)2 1(b)光与物质作用的自发辐射过程脉冲调Q Nd:YAG 倍频激光器实验一．激光原理光与物质的相互作用可以归结为光与原子的相互作用，有三种过程：吸收、自发辐射和受激辐射。
如果一个原子，开始处于基态，在没有外来光子，它将保持不变，如果一个能量为hv 21的光子接近，则它吸收这个光子，处于激发态E 2。
在此过程中不是所有的光子都能被原子吸收，只有当光子的能量正好等于原子的能级间隔E 1-E 2时才能被吸收。
激发态寿命很短，在不受外界影响时，它们会自发地返回到基态，并放出光子。
自发辐射过程与外界作用无关，由于各个原子的辐射都是自发的、独立进行的，因而不同原子发出来的光子的发射方向和初相位是不相同的。
phase处于激发态的原子，在外界光子的影响下，会从高能态向低能态跃迁，并且两个状态间的能量差以辐射光子的形式发射出去。
只有外来光子的能量正好为激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射，且受激辐射发出的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和相位完全相同。
激光的产生主要依赖受激辐射过程。
激光器主要由：工作物质、谐振腔、泵浦源组成。
工作物质主要提供粒子数反转。
泵浦过程使粒子从基态E 1抽运到激发态E 3，E 3上的粒子通过无辐射跃迁（该过程粒子从高能级跃迁到低能级时能量转变为热能或晶格振动能，但不辐射光子），迅速转移到亚稳态E 2。
E 2是一个寿命较长的能级，这样处于E 2上的粒子不断积累，E 1上的粒子 又由于抽运过程而减少，从而实现E 2与E 1能级间的粒子数反转。
激光产生必须有能提供光学正反馈的谐振腔。
处于激发态的粒子由于不稳定而自发辐射到基态，自发辐射产生的光子各个方向都有，偏离轴向的光子很快逸出腔外，只有沿轴向的光子，部分通过输出镜输出，部分被反射回工作物质，在两个反射镜间往返多次被放大，形成受激辐射的光放大即产生激光。
光纤激光器的工作原理
光纤激光器的工作原理
光纤激光器是一种应用广泛的激光器类型，其工作原理是基于光纤和激光介质之间的相互作用。
光纤激光器通常是由多个光纤组成的，其中包括了一个激光介质，如钕玻璃或掺铒光纤等。
当光线从光纤中传播时，它会与激光介质相互作用，从而导致激光放大和产生。
这种相互作用是通过受激辐射的过程实现的，即将激光介质放在一个光学谐振腔中，并通过一个激光器激发器激发激光介质。
当激光器激发器激发激光介质时，它会在光纤中放出一束光，这束光与激光介质相互作用，从而产生更多的光子。
这些光子会沿着光纤继续传播，直到它们被放大到足够的程度，以产生一个激光束。
光纤激光器的工作原理与其他激光器类型有很大不同，其中最大的区别是它使用光纤来传送激光能量。
这种设计有许多好处，其中包括光纤的灵活性和可靠性。
光纤不仅可以弯曲和扭曲，还可以在不同的环境中工作，而不会受到外部干扰的影响。
光纤激光器还具有高效的能源利用，因为光纤可以将激光能量直接传输到需要处理的区域，而不需要经过中间的传输系统或其他设备。
这使得光纤激光器非常适合需要高能量密度和高精度的应用，如切割、焊接和打孔等。
光纤激光器的工作原理基于光纤和激光介质之间的相互作用，通过激光放大和产生来产生激光束。
光纤激光器的设计具有灵活性、可靠性和高效能源利用的优点，因此广泛应用于许多行业和领域。
调Q技术PPT课件
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，则出射椭圆偏振光变为圆偏振光
31
7、常用电光晶体工作模式
(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、y
(2)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
tr
tp dt
tr
c
nt nr
n(n0
dn lnn0
n)
nt n nt
te
te dt
tp
c
ne nt
n(n0
dn lnn0
n)
nt n nt
14
3、脉冲宽度的特点
te
c
(
n0 nt
)1
<
(
n0 nt
)
2
tr
1
c
n0
2
nt
t
(比1)后增沿大减 小nn 0t ,的脉更冲显的著前、后沿均减小，其中前沿
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
2
三、工作原理 1、腔损耗 (1)t<0(Q开关打开前):
(2)t>0(Q开关打开后): (>> )
2、阈值反转粒子数
(1)t<0: nt
( nt>>nt) 3、泵浦速率
n0 lnn0 nf 0
nt
nf nt
n0lnn0 nf n0 0 nt nf n0 nt
调Q光纤激光器
调Q光纤激光器和普通的调Q激光器一样，都是在激光谐振腔内插入Q开关器件，通过周期性改变腔损耗，实现调Ｑ激光脉冲输出。
Ｑ开关是被广泛采用的产生短脉冲的激光技术之一。
现状：调Q光纤激光器在许多领域都有着广泛应用，大功率是调Q光纤激光器的一个发展方向。
全光纤化也是调Ｑ光纤激光器发展的一个重要趋势，人们陆续研发出一些全光纤的Q开光来代替传统的声光与电光调制器，大大地降低了激光器的插入损失。
用于光纤激光器的调Ｑ技术大致可以分为光纤型调;和非光纤型调Ｑ两类。
非光纤型调Ｑ有光调Ｑ、电光调Ｑ、机械转镜调Ｑ和可饱和吸收体调Ｑ等。
非光纤型调Ｑ：1.声光调Q激光器：2.电光调Q激光器：3.可饱和吸收体调Q激光器：光纤型调Q装置光纤型调Q装置有光纤迈克尔逊干涉仪调Q、光纤马赫一曾特尔干涉仪调Q和光纤中的受激布里渊散射（ＳＢＳ）调Ｑ光纤激光器等。
下面介绍混合调Q和脉冲泵浦受激布里渊散射混合调Q光纤激光器。
混合调Q光纤激光器如图所示得到了峰值功率3.7KW，脉宽2m的脉冲激光输出。
实验中选用掺钕双包层光纤作增益介质，光纤长7.2m,纤芯直径5.1um,数值孔径0.12。
内包层为矩形结构,截面尺寸150um*75um。
泵源为800nm、3w激光二极管，有60%的泵光祸合到内包层中。
系统由一个全反镜和一个二向色镜构成驻波谐振腔。
在双包层光纤的输出端接几米长的单模光纤,实现调Q ,得到纳秒量级的激光脉冲。
在腔内插人一声光调制器(AQM),使激光脉冲重复频率在6.6KHz-16.4KHZ范围内可调。
脉冲泵浦和受激布里渊散射混合调Q :在线形腔双包层光纤激光器中,用脉冲泵浦和SBS混合调Q 。
如图所示泵浦源为多模半导体激光器（LD），带有800um的输出尾纤,数值孔径0.2,输出中心波长975.8nm ,有连续和脉冲两种运转方式。
多模半导体激光器通过合适的光学藕合系统泵浦掺Yb 的双包层光纤。
增益光纤纤芯直径为7um,作为泵浦光通道的内包层为一矩形结构(125*125um),外面涂一层硅橡胶作为外包层。
光纤20w调q激光器工艺应用
光纤20W调Q激光器工艺应用随着科技的不断发展，激光技术在各个领域得到了广泛的应用。
作为激光技术的一种重要形式，调Q激光器凭借其高功率、高效率和稳定性等优点，被广泛应用于金属加工、激光打标、激光切割等工业领域。
光纤20W调Q激光器作为一种成熟的激光器技术，其应用已经相当广泛，本文将详细介绍光纤20W调Q激光器的工艺应用。
一、光纤20W调Q激光器的基本原理光纤20W调Q激光器是一种采用光纤放大技术的激光器。
其工作原理是通过用于量子产生和发射的外部固态Q开关器件，将光子在倍增过程中进行拖尾在一定时间内增加能量，当增加至一定水平时，瞬间打开Q开关，使得能量瞬间释放出来，形成激光脉冲，达到高功率的输出。
二、光纤20W调Q激光器的工艺特点1. 高功率稳定输出：光纤20W调Q激光器具有高功率稳定输出的特点，可以满足一定范围内对激光功率要求较高的应用场景。
2. 调Q脉冲可调性好：光纤20W调Q激光器的Q开关器件具有良好的可调性，可以根据不同的工艺需求进行调节，适应不同工艺的要求。
3. 光束质量高：光纤20W调Q激光器的光束质量高，激光束的光斑质量好，可实现精细加工要求。
4. 高效率：光纤20W调Q激光器采用光纤放大技术，能够实现高效能激光输出，降低能源消耗。
三、光纤20W调Q激光器的工艺应用1. 金属材料加工：光纤20W调Q激光器具有高功率稳定输出和良好的光束质量，适合用于金属材料的切割、打孔、焊接等加工工艺。
2. 激光打标：光纤20W调Q激光器的调Q脉冲可调性好，可以实现不同深浅和细致的打标效果，适用于激光打标行业。
3. 激光清洗：光纤20W调Q激光器可以实现对表面污垢的高效清洗，适用于汽车零部件、航空零部件等领域。
四、光纤20W调Q激光器在工业中的应用案例1. XXX激光设备公司采用光纤20W调Q激光器，成功开发出用于金属零部件的高速激光打标机，得到了用户的一致好评。
2. 某汽车零部件制造企业引进光纤20W调Q激光器清洗设备，提高了汽车零部件的生产效率和质量。
光纤激光器工作原理
光纤激光器工作原理
光纤激光器是一种将电能转化为光能的装置，主要由激光介质、泵浦源、光纤和光学元件组成。
其工作原理如下：
1. 泵浦源：光纤激光器通常使用半导体激光器作为泵浦源，通过电流激发产生激光。
2. 激光介质：光纤激光器中的激光介质是由掺杂有能级跃迁的离子或原子组成，常见的激光介质有掺铥、掺镱等。
3. 泵浦能量传递：泵浦激光器产生的高能量光束经过光纤，光能通过与光纤内部的激光介质发生相互作用而被吸收。
吸收能量使激光介质的电子能级上升到较高的激发态。
4. 能级跃迁：通过能级跃迁，激光介质中的高能量电子从激发态返回基态时会产生受激辐射。
这些辐射光子会与原子或离子中原来自发辐射的光子进行叠加，形成相干的激光光束。
5. 光纤增益：激光光束在光纤中反射多次，光纤长度决定了激光光束在光纤中传播的时间。
光纤增益主要靠光纤内部的受激辐射放出的光子与原子或离子发生叠加而达到。
6. 反射镜：光纤的两端装有反射镜，用于增强激光光束的相干性。
通过调整反射镜的位置和角度，可以获得不同波长和光强的激光输出。
通过以上的原理，光纤激光器可以实现高功率、高质量、窄谱宽的激光输出，广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
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。
调Q激光治疗仪的工作原理
调QNd3+:YAG双波长脉冲激光，可治疗多种顽固性色素疾病： ①太田痣：一般在一侧脸的上半部出现灰蓝色斑驳斑块，甚至眼球巩膜也会有灰蓝色，色素深至真皮层。 ②雀斑：针尖至米粒大的棕色小斑点，散布在两颊及鼻梁，一般幼年时就有，并始终存在。 ③刺青及纹眉、纹眼线：以人工方式植色素于真皮内，或意外受伤造成铅笔芯、铁末等进入皮内。 ④颧痣：青春期以后逐渐出现位于两侧颧骨或两眼外侧下方，灰蓝色针头至米粒大小的群集斑点，少数患者有家庭性遗传。 ⑤日晒斑：椭圆形突起或平滑，呈深棕色的斑块，容易出现在前臂外侧、手背、小腿前侧及脸部，约米粒至五角硬币大小，在中年开始出现。
调Q激光治疗仪是动态激光，能量更集中，对色素颗粒的选择性破坏更强：一般固体脉冲激光器输出的光脉冲，存在驰豫振荡现象，使得整个激光脉冲宽度很宽，峰值功率也只有千瓦级，达不到理想的临床治疗效果。调Q激光可以在极短的时间内，将上级能贮存的大部分粒子能量转变为激光能量，输出峰值功率达兆瓦级的激光巨脉冲，瞬时粉碎皮肤内的色素颗粒，达到理想的预期效果。
激光器调q 原理
激光器调Q的原理是在激光器内加入一个损耗可调节的器件（如AOM），在大部分时间区域内，激光器的损耗很大，几乎无光输出，但在某一个较短的时间内，减小器件的损耗，从而使激光器输出一个强度较高的短脉冲。
Q开关是调Q技术的核心器件，可以通过主动或者被动方式实现调Q光纤激光器。
调Q技术基于时间限制原理，其核心思想是在一个激光共振腔中引入快速可调的损失，以压缩和增强激光脉冲。
激光器的工作原理基于受激辐射和光放大的效应。
当光子在激光器内移动时，它们被反射镜反弹，产生来回移动的光子束。
当光子与激光器内被卡在共振腔中的原子碰撞时，所产生的能量从一个原子跃迁到另一个原子，释放出一个与醇子初始相同相位的光子。
该光子在共振腔内来回移动，并与其他原子碰撞，释放出越来越多的光子，直到光子数目够多时，它将穿过其中一个反射镜而离开激光器，这时其能量变成了光子的行驶动能。
由于激光器内的光子都是同相位的，所以它们叠加在一起，使激光光束具有非常高的能量。
调Q技术利用了激光器中原子碰撞所产生的输运时间不稳定性，将差异放大来改善脉冲宽度，从而得到高的峰值功率和窄的单个脉冲。
常见的调Q方法有转镜调Q、电光调Q、声光调Q与饱和吸收调Q等。
其中，电光调Q是利用某些压电晶体的线性电光效应制成偏振开关元件，使得其只有在瞬时施加（或去掉）外界控制电场情况才处于接通状态，从而可起到Q开关作用。
声光调Q则是利用声光开关置于激光器中，在超声场作用下发生衍射，由于一级衍射光偏离谐振腔而导致损耗增加，从而使激光振荡难以形成，激光高能级大量积累粒子。
当突然撤除超声场时，衍射效应即刻消失，谐振腔损耗突然下降，激光巨脉冲遂即形成。
调q激光器的工作原理
调q激光器的工作原理
激光器是一种将电能转换为激光光束的装置。
它的工作原理基于光在激活介质中的态的转变。
激光器通常由激活介质、一个反射镜和一个半透射镜组成。
激活介质是一种激活能级较高的物质，如气体、固体或液体。
它通过受到能量激发，使得其中的原子或分子跃迁到一个更高的激发能级。
当外部电源提供能量给激活介质时，激活介质中的原子或分子受激发而处于高能级。
这些高能级的粒子会自发地返回到较低能级，并释放出一束光子。
这个光子与其他跃迁粒子的跃迁形成的光子发生相互作用，从而引起连锁反应，导致更多的粒子逆向跃迁和发射出光子。
反射镜被放置在激活介质的一端，它具有高反射率。
当光子经过激活介质时，它们会与跃迁粒子相互作用，并在激发介质中反弹。
而半透射镜被放置在激活介质的另一端，它具有一定的透射率。
部分光子经过半透射镜逸出激光器，形成激光光束。
这样的反射、透射过程会引导激光光束在激活介质中来回传播反复受到放大，直到其中一个镜片变为饱和状态，即不能再反射或透射更多的光子。
然后，激光器就能够输出稳定的激光光束。
不同类型的激光器有不同的激活介质和工作原理。
例如，气体激光器使用稀有气体或混合气体作为激活介质，固体激光器使
用晶体或玻璃等固体材料，而半导体激光器则使用半导体材料。
这些激光器具有各自特定的工作原理和性能特点，适用于不同的应用领域。
饱和吸收体调q激光器原理
饱和吸收体调q激光器原理哎，激光器，这玩意儿可真是个神奇的东西。
想象一下，咱们日常生活中，手机、激光打印机，还有一些炫酷的光影秀，背后可都是激光器在“发光发热”。
今天就来聊聊一种叫“饱和吸收体调Q激光器”的家伙，听起来挺复杂，但咱们慢慢捋，绝对能让你听得明明白白。
咱们得知道，饱和吸收体这个词儿，不就是一个特殊的材料吗？它能吸收光，但又不是真的无止境地吸。
想象一下，喝水的时候，你总有喝饱的那一刻，对吧？这个时候再往里加水，它就不吸收了，这样一来，光子们就可以在里面“来回溜达”，这就叫饱和吸收。
没错，简单来说就是“喝饱了”，然后就不想再喝了。
调Q嘛，就是控制这个激光器的“开关”。
就像你在调节灯光的亮度，有时候想要亮一点，有时候又觉得太刺眼了。
这个过程其实就是在控制激光的输出。
调Q的好处就是能让激光变得更加集中，光线也更加锐利，嘿，这样一来，激光就能发出更强的脉冲，感觉就像一把利剑，嗖的一下就切过来了。
说到这里，咱们再聊聊它的工作原理。
激光器里有个东西叫“增益介质”，它负责提供能量。
想象一下，像是在给激光器喂食，增益介质吸收能量后，就变得非常兴奋，开始释放光子。
可问题来了，光子们在激光器里并不是一帆风顺。
它们会被这个饱和吸收体给“拦住”。
不过，别急，这时候调Q就出马了，开关一调，光子们瞬间获得自由，冲出激光器，形成强大的激光束。
激光的形成，可不止于此。
光子们像极了参加派对的小伙伴，越聚越多，最后形成了强烈的激光。
而这个饱和吸收体，就像是个DJ，时不时调调节奏，控制着光子的“进出”，让整个派对既热闹又有序。
要是没有它，光子们就会在里面迷路，根本无法形成强烈的激光。
再来聊聊这些激光的用途。
嘿，别以为它们只是用来“炫技”，在医学上，激光可是个大好帮手。
比如激光手术，能精准地切除病变组织，简直就像是给身体开个小刀，但一点都不疼。
而在工业上，激光也发挥着重要作用，切割金属、打标，简直是高科技的代表。
说到这里，不得不提的就是饱和吸收体调Q激光器的效率，真是“开挂”了。
调Q光纤激光器
20世纪 60年代，随着微波技术的成熟，具有更高频率的光波通信技术的发展成为必然。光波分复用(OWDM)、 光时分复用(OTDM)等技术的出现使光纤通信得到迅速发展。特别地，掺铒光纤放大器(EDFA)以及一些光无源器件 的实用化使密集波分复用(DWDM)成为了可能，大大增加了传输容量，实现了高功率、长距离传输。微波和电缆通 信的载波是电波，相比之下，光波的频率较高，比较适合作宽带信号的载频，而对于传输介质，光纤比电缆的损 耗要低得多。因此，以光波为载波的光纤通信具有许多独特的优点：
2012年，墨西哥 A.Gonzalez-Garcia等人搭建了 Er/Yb共掺声光调 Q光纤激光器系统。以二向色镜和光纤 干涉环做激光器谐振腔。获得了 1549nm脉冲激光，重复频率 45kHz-120kHz范围内可调，最小脉冲宽度为 34ns， 平均功率为 4W，光-光转换效率为 50%。
2013年，英国阿斯顿大学 D.saez-Rodriguez等人在掺铒光纤激光器中插入腔内损耗调制器，通过控制在包 层模中传输功率的动态衰减产生脉冲。该动态衰减通过一个压电式传感器的侧向压力产生。
实现脉冲光纤激光器的技术途径主要有调 Q技术、锁模技术和种子源主振荡功率放大(MOPA)技术。锁模技术 可以实现 fs量级的脉冲输出，且脉冲的峰值功率较高，一般在 MW量级，但是其输出的脉冲平均功率较低；MOPA 技术可以获得高能量、高功率的脉冲输出，但一般需要在种子源激光器的基础上进行多级放大；调 Q技术是一种 获得高能量短脉冲的有效方法，在调 Q过程中，增益介质在存储到足够多的能量之前，整个激光器谐振腔保持较 高的腔损耗，随后腔损耗迅速降低至一个很小的值，使腔内存储的能量以激光辐射的形式瞬间释放，形成窄脉冲 输出。
研究意义
高功率光纤激光器分为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器。激光器在连续工作方式下，光纤承受的功率密度 会随着输出功率和能量的提高而不断增大，导致非线性效应(受激喇曼散射和受激布里渊散射等)、光纤端面损伤 等问题的产生，从而限制了平均功率的进一步提高。相比之下，脉冲光纤激光器可以在小的脉冲能量下获得较高 的平均功率，即具有更高的靶面密度和光束质量，使加工速率提高 100多倍。因此，脉冲光纤激光器更适合工业 加工的需求，是高功率光纤激光器的发展趋势。
调Q激光器分解课件
医疗美容
调Q激光器在医疗和美容 领域的应用也日益广泛， 如激光治疗、皮肤美容等 。
调Q激光器的发展历程
起源
调Q激光器最早起源于20 世纪60年代，当时主要用 于军事领域。
发展
随着科技的进步，调Q激 光器的性能不断提高，应 用领域也不断拓展。
现状
目前，调Q激光器已经成 为激光技术领域的重要分 支，在各个领域得到广泛 应用。
调Q激光器的小型化与集成化
小型化
随着微纳加工技术的发展，调Q激光 器有望实现更小尺寸，便于携带和集 成。
集成化
将调Q激光器与其他光器件集成在同 一芯片上，实现光子集成回路，降低 成本并提高稳定性。
调Q激光器的智能化与网络化
智能化
通过引入人工智能技术，实现调Q激光器的智能控制和优化，提高其输出光束 质量和稳定性。
重要影响。
04
当Q开关关闭时，谐振腔的损耗增加，导致激光无法 形成振荡；当Q开关打开时，谐振腔的损耗减小，激 光迅速增长并形成脉冲输出。
03 调Q激光器的特性与性能
CHAPTER
调Q激光器的输出特性
输出波长范围
01
调Q激光器的输出波长范围广泛，可覆盖可见光到近红外波段，
满足不同应用需求。
输出光束质量
04
在调Q激光器中，选择合适的泵浦源需要根据实际需求和条件进行选 择。
Q开关
Q开关是调Q激光器中的关键元件，它通过控制谐振 腔的品质因子（Q值）来实现脉冲激光输出。
输标02入题
Q开关通常采用可饱和吸收体或声光调制器等元件实 现，通过调节其工作状态来控制谐振腔的损耗。
01
03
Q开关的性能参数包括脉冲宽度、重复频率和脉冲能 量等，这些参数对调Q激光器的输出特性和应用具有
调q激光原理
调q激光原理激光是一种特殊的光，它具有高亮度、单色性和相干性等特点。
激光的应用领域非常广泛，包括医疗、通信、制造业等。
而调Q激光作为激光技术中的一种重要形式，具有独特的原理和应用。
本文将对调Q激光的原理进行详细介绍，希望能够为读者提供一定的参考价值。
调Q激光是一种通过调制锁模技术得到的脉冲激光。
它的原理是利用调制器对激光腔内的损耗进行调制，从而控制激光的增益和损耗，使得激光在腔内发生脉冲输出。
调Q激光的工作原理可以简单地分为两个过程，锁模和调制。
在锁模过程中，激光腔内的损耗被调制器调制，使得激光的增益和损耗达到平衡，从而实现锁模。
在调制过程中，调制器对激光腔内的损耗进行调制，使得激光在腔内发生脉冲输出。
通过这两个过程，调Q激光得以实现。
调Q激光的原理主要包括锁模原理和调制原理。
锁模原理是指通过调制器对激光腔内的损耗进行调制，使得激光的增益和损耗达到平衡，从而实现锁模。
而调制原理是指调制器对激光腔内的损耗进行调制，使得激光在腔内发生脉冲输出。
这两个原理共同作用，使得调Q激光得以实现。
调Q激光具有许多优点，主要包括高峰值功率、窄脉冲宽度、高重复频率等。
这些优点使得调Q激光在许多领域具有广泛的应用前景。
例如，在医疗领域，调Q激光可以用于激光手术、激光治疗等；在通信领域，调Q激光可以用于光通信、光纤通信等；在制造业领域，调Q激光可以用于激光打标、激光切割等。
因此，调Q激光具有广阔的市场前景。
总之，调Q激光作为一种重要的激光形式，具有独特的原理和应用。
通过对调Q激光的原理进行详细介绍，希望能够为读者提供一定的参考价值。
调Q激光在医疗、通信、制造业等领域具有广泛的应用前景，相信随着技术的不断进步，调Q激光将会有更加广阔的发展空间。
声光调q激光器的工作原理
声光调q激光器的工作原理
声光调 Q 激光器就像是一个神奇的魔法盒子，能发出超级厉害的激光。
咱们先来说说啥是激光。
激光这玩意儿，可不是普通的光，它特别整齐、特别厉害，就像一群训练有素的士兵，朝着一个方向冲锋。
那声光调 Q 激光器是怎么做到发出这么厉害的激光的呢？这就得好好聊聊它的工作原理啦！
想象一下，在这个激光器的肚子里，有一群活跃的光子宝宝。
一开始，它们就像一群调皮的孩子，到处乱跑乱撞，能量也不集中。
这时候，声光调 Q 元件登场啦！它就像是一个超级严格的老师，把这些光子宝宝管得服服帖帖的。
当这个元件处于关闭状态的时候，光子宝宝们就被困在里面，不断地积累能量。
它们就像在健身房里拼命锻炼的运动员，让自己变得越来越强大。
而一旦这个元件打开，就像是打开了一扇通往胜利的大门！那些积累了超多能量的光子宝宝们，一下子就冲了出去，形成了一束超强、超亮、超级厉害的激光！
你看，这是不是很有趣？就好像是在玩一场精心策划的游戏，先积攒力量，然后一举爆发！
而且哦，声光调 Q 激光器还有很多很棒的特点。
比如说，它能让激光的脉冲变得特别短，短到你都想象不到。
这就像是拍照的时候，咔嚓一下，就能抓住那一瞬间最精彩的画面。
还有还有，它发出的激光能量特别集中，能做到很多普通光做不到的事情。
比如在医学上，可以用来治疗疾病；在工业上，能进行精细的加工。
总之呢，声光调 Q 激光器就是一个充满了神奇和惊喜的小家伙，它的工作原理虽然有点复杂，但是一旦你搞明白了，就会觉得超级有趣，就像发现了一个隐藏的宝藏一样！
怎么样，朋友，是不是对声光调 Q 激光器的工作原理有了一点了解啦？要是还想知道更多，咱们接着聊！。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
调Q光纤激光器类型及其工作原理调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技术的目的是压缩脉冲宽度，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。
而调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.调Ｑ的基本原理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。
所以改变激光器的阈值是提高激光上能级粒子数积累的有效方法。
Q值与谐振腔的损耗成反比，要改变激光器的阈值，可以通过突变谐振腔的Q值(或损耗a总)来实现。
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。
Q开关激光器的特点（1）通过改变Q值——改变阈值，控制激光产生的时间。
（2）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。
（3）图(a)表示泵浦速率Wp随时间的变化；（4）图(b)表示腔的Q值是时间的阶跃函数(蓝虚线)；（5）图(c)表示粒子反转数△n的变化；（6）图(d)表示腔内光子数Φ随时间的变化。
总aPWQλππ22==在泵浦过程的大部分时间里谐振腔处于低Q 值状态，故阈值很高不能起振，从而激光上能级的粒子数不断积累，直至 t0时刻，粒子数反转达到最大值△ni ，在这一时刻，Q 值突然升高(损耗下降)，振荡阈值随之降低，于是激光振荡开始建立。
由于此△ni >>△nt(阈值粒子反转数)，因此受激辐射增强非常迅速，激光介质存储的能量在极短的时间内转变为受激辐射场的能量，结果产生了一个峰值功率很高的窄脉冲。
（2)两阶段①储能阶段（延迟时间）反转粒子数达最大值.调Q 脉冲的建立有个过程，当Q 值阶跃上升时开始振荡，在t=t0振荡开始建立至以后一个较长的时间过程中，光子数Φ增长十分缓慢，如图3所示，其值始终很小，受激辐射几率很小，此时仍是自发辐射占优势。
只有振荡持续到t ＝tD 时，增长到了ΦD ，雪崩过程才形成， Φ才迅速增大，受激辐射才迅速超过自发辐射而占优势。
②激光产生输出(忽略泵浦和自发辐射的影响。
)因此，调Q 脉冲从振荡开始建立到巨脉冲激光形成需要一定的延迟时间△t (也就是Q 开关开启的持续时间)。
光子数的迅速增长，使△ni 迅速减少，到t=tp 时刻， △ni= △nt ，光子数达到最大值Φm 之后，由△n ＜ △nt ，则Φ 迅速减少，此时△n = △nf ，为振荡终止后工作物质中剩余的粒子数。
可见，调Q 脉冲的峰值是发生在反转粒子数等于阈值反转粒子数(△ni= △nt)的时刻。
a 总值，就可以使Q 值发生相应的变化。
谐振腔的损耗一般包括有：反射损耗、衍射损耗、吸收损耗等。
那么，我们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。
光纤激光器是以光纤作为基质掺入某些激活离子作成介质，或直接利用光纤自身的非线性效应作成的一类激光器。
其实质是一个波长转换器加亮度提升器。
若按照激励机制的不同，光纤激光器可以分为：（1）晶体光纤激光器，工作介质为激光晶体光纤；（2）非线性光纤激光器，主要有受激拉曼散射（SRS ）光纤激光器和受激布里渊散射（SRS ）光纤激光器；（3）掺杂稀土类光纤激光器：通过在光纤基质中掺杂不同的稀土离子，获得相应波段的激光输出。
若按照结构特点，光纤激光器又可分为空间结构和全光纤结构两类：空间结构的光纤激光器利用透镜将泵浦光耦合进掺杂光纤。
但其激光系统体积较大，激光系统不稳定，对所在环境要求较高，实现生产化是一件很困难的事；而全光纤化光纤激光器利用泵浦合束器将泵浦光耦合进增益光纤、用光纤光栅代替腔镜，实现了元器件的全光纤化。
其优点是激光器体积小、稳定、便于维护。
一、电光晶体调Q 原理电光Q 开关原理是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。
其第一阶段是积累阶段，电光调Q 激光器如图所示。
未加电场前晶体的折射率主轴为x 、y 、z 。
沿晶体光轴方向z 施加一外电场E ,由于普克尔效应,主轴变为x ‘、y ’,z ‘。
令光束沿z 轴方向传播,经偏振器后变为平行于x 轴的线偏振光,入射到晶体表面时分解为等幅的x'和y'方向的偏振光,在晶体中二者具有不同的折射率η’x 和η’y 。
经过晶体长度d 距离后,二偏振分量产生了相位差δV c v Ed cv c vd x y 63306330''2 2)(2γηπγηπηηπδ==-=式中η为晶体寻常光折射率;γ63是晶体的电光系数;V 是加在晶体两端的电压，d 为晶体在z 轴方向的长度。
当δ=π/2时,所需电压称作四分之一波电压,记作V λ/4.图中电光晶体上施以电压V λ/4时,从偏振器出射的线偏振光经电光晶体后,沿x ‘和y ’方向的偏振分量产生了π/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π/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Q 值状态,激光器不能振荡,激光上能级不断积累粒子（这一状态相当于光开关处于关闭状态）。
第二阶段为脉冲形成阶段——Q 开关完全打开在某一特等时刻,突然撤去电光晶体两端的电压,则偏振光的振动方向不再被旋转900，相当于光开关被打开，则谐振腔突变至低损耗、高Q 值状态,于是形成巨脉冲激光。
（这一状态相当于光开关处于打开状态）。
电光调Q 技术的特点为：1.有较高的动态损耗（99%）和插入损耗（15%）；2.开关速度快，同步性能好。
开关时间可以达到109-秒 ；3.典型的Nd:YAG 电光调Q 激光器的输出光脉冲宽度 约为1020-ns ，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。
二、声光调Q 原理声光Q 开关器件的结构是由腔内插入的声光调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。
当声波在某些介质中传播时,该介质会产生与声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变,从而导致介质折射率的周期变化,形成等效的位相光栅,其光栅常数等于声波波长λs.光束射经此介质时发生衍射,一部分光偏离原来方向。
当声波频率较高.声光作用长度d 足够大,满足λλ2sd >>时(λs 与λ分别为声波与光波波长),如果λ射光与声波波面的夹角θ满足s λλθ2sin =则透射光束分裂为零级与+1级或-1级(视入射方向而定)衍射光,+1级或-1级衍射光与声波波面的夹角亦为θ,如图所示。
这种现象称作布喇格衍射,一级衍射光先强I1(或I-1)与入射光光强Ii 之比为)2(sin 21φ∆=i I I左式中Δφ是经长度为d 的位相光栅后光波相位变化的幅度。
右式中Δη是介质折射率变化的幅值;d 与H 分别为换能器的长度与宽度;M 是声光介质的品质因素;P 是超声驱动功率。
提高超声驱动功率可得到较高的衍射效率。
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。
在声光器件工作时产生很高的衍射损耗，此时，腔具有很低的Q 值，Q 开关处于关状态；在某一特定时间，撤去超声，光束则顺利通过均匀的声光介质，此时Q 开关处于开状态；声光Q 开关由一块对激光波长透明的声光介质及换能器组成,常用的声光介质有熔融石英、锢酸铅及重火石玻璃等。
声光介质表面粘接有由银酸锂、石英等压电材料薄片制成的换能器,换能器的作用是将高频信号转换为超声波。
声光开关置于激光器中,在超声场作用下发生衍射,由于一级衍射光偏离谐振腔而导致损耗增加,从而使激光振荡难以形成,激光高能级大量积累粒子。
若这时突然撤除超声场,则衍2)2(2MP H d d λπηλπφ=∆=∆射效应即刻消失,谐振腔损耗突然下降,激光巨脉冲遂即形成。
声光调Q 开关时间一般小于光脉冲建立时间,属快开关类型。
由于开关的调制电压只需100多伏,所以可用于低增益的连续激光器,可获得峰值功率几百千瓦、脉宽约为几十纳秒的高重复率巨脉冲。
但是,声光开关对高能量激光器的开关能力差,不宜用于高能调Q 激光。
三、染料调Q 原理电光调Q 和声光调Q 都是主动式调Q 方法，即是人为地利用某些物理效应来控制激光谐振腔的损耗，从而达到Q 值的突变。
而染料调Q 属于被动式Q 开关，即利用某些可饱和吸收体本身特性，能自动地改变Q 值的一种方法。
染料调Q 的核心原理为：利用有机材料对光的吸收系数会随着光强变化的特性来达到调Q 的目的。
染料调Q 激光器是在一个固体激光器的腔内插入一个染料盒构成的。
某些有机染料是一种非线性吸收介质，即其吸收系数并不是常数，当在较强激光作用下，其吸收系数随光强的增加而减小直至饱和，对光呈现透明的特性，这种染料称为可饱和吸收染料，吸收系数可以表示为：式中α0是中心频率小信号吸收系数; I 和 Is 分别为人射光强和饱和光强。
可见,吸收系数随光强的增加而减少,当光强很大时,吸收系数为零,入射光几乎全部透过。
饱和吸收体的透过率随光强的变化如下图所示。
Is 为染料的饱和吸收光强，其大小与染料的种类和浓度有关，一般来说，染料的浓度增加， Is 值也增加；I 为入射光强。
由上式可以看出，当I >>Is 时，吸收系数趋于零，染料对通过的光束于是变为透明。
将饱和吸收体放在谐振腔中,泵浦过程开始时,腔内自发荧光很弱，染料吸收系数很大，使光的透过率很低，腔处于低Q 值(高损耗)状态，故不能形成激光振荡。
随着光泵的继续作用反转粒子数的积累，放大的自发辐射逐渐增加,当光强与饱和吸收体的Is 可比拟时,染料的吸收系数变小，透过率逐渐增大.当这一过程发展到一定程度时,单程增益等于单程损耗,激光器开始起振。
随着激光强度的增加,到一定数值时，染料吸收达到饱和（吸收最小）值，突然被“漂白”而变得透明了，这时腔内Q值猛增，产生了图(染料调Q 装置示意图11sII αα=+受激辐射不断增长的雪崩过程.产生激光振荡输出调Q激光脉冲。