倍频激光原理

倍频激光器的原理

激光

激光是受激辐射光的简称，其原理是：

当原子系统受到外来光子作用下，且外来光子能量刚好是原子系统某两个高低能级的能量差，即hv21=E2-E1时，则处于高能级E2的粒子可能会在这个光子的诱发下，而跃迁到低能级E1并发射一个与原外来光一模一样的光子，这种过程称之为光的受激辐射。受激辐射产生的光就叫做激光。

激光器

要使受激辐射起主要作用而产生激光，必须满足三个前提条件：

1.有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，（Y AG激光器采用掺钕离子的钇铝石榴

石制成的晶体棒）。

2.有外界激励能源，使介质上下能级产生粒子数反转分布。（YAG激光器，采用氪灯或氙

灯或半导体激光二极管泵浦，即用光轰击YAG晶体使其中的Nd3+产生粒子数反转分布，聚光腔起辅助作用，目的是使灯发出的光尽可能多的反射或散射到Y AG晶体上）。

3.有激光谐振腔，使受激辐射光在谐振腔中产生震荡，（最简单常见的是由一块半反镜，

一块全反镜构成，激光由半反镜输出）。

谐振腔相当于激光器的正反馈，没有谐振腔即是一个光放大器，引进谐振腔而使放大光产生振荡形成激光振荡器，成为激光器。

因此，一个完整的激光器应包括：工作物质、外界激励能源、谐振腔。

YAG激光器

YAG激光器是固体激光器的一种，它的工作物质是掺钕钇铝石榴石晶体（Y AG），即简称YAG激光器。

泵浦源

泵浦源是为工作物质提供能量，使工作物质内原子产生受激辐射从而产生激光。

YAG激光器的泵浦源一般采用椭圆柱腔，氪灯和激光棒分别置于椭圆柱腔的两个焦点轴上，因椭圆的一个焦点（如氪灯）发出的光经一次反射或直射可达另一个焦点上（激光棒），所以，这种结构可以将氪灯发出的光尽可能多的汇聚在激光棒上。

不同的激光有不同的泵浦源。

倍频绿激光

YAG激光器产生的激光的波长为1064nm，其波长比红色光的波长还要长，位于可见光

范围外，属于红外线区域，因此，这种光可以称之为红外激光。如果我们通过特定的方法，将1064 nm的红外激光的波长缩短为原来的一半（也就是频率增大为原来的一倍），那么，将产生一种波长为532nm的激光，它的波长正好处于可见光的绿光部分，因此，这种光我们称之为“绿激光”，而将Y AG激光的频率增大一倍的技术，我们称之为“倍频”。

紫外激光

将调Q后的1064nm激光首先部分倍频为532nm的绿光，532nm绿光与剩余的1064nm 红外光再次聚焦后进入三倍频晶体中，即可实现355nm波长的激光输出，而355nm正好处于紫外区域，因此我们把这种激光成为紫外激光。

CO2激光

二氧化碳激光器是一种气体激光器，它的工作物质是二氧化碳，其产生的原理和固体激光器类似，只是具体形式的不同。二氧化碳激光的波长是10.6um。

1．有关声光的一些知识：

声光效应：声波在介质中传播时，会引起介质密度（折射率）周期性的变化，可将此声波视为一种条纹光栅，当光波入射于声光栅时，即发生光的衍射。所以利用这种效应来控制激光的锁放光及强弱。

声光器件是基于声光效应的原理来工作的，它由声光介质（石英或钼酸铅等晶体）和换能器（超声波发生器）两部分组成。其中换能器是利用压电晶体使电压信号变为超声波，并向声光介质中发射的一种能量变换器。声光器件分为声光调制器和声光偏转器两类。我们采用的声光器件为声光调制器，一般称之为声光Q头。当Q驱输出一定载波频率驱动Q头时,换能器即产生同一频率的超声波并传入在石英晶体,使石英晶体的密度产生周期性的变化，光束通过石英时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射。

2.Q驱动的一些知识：

Q驱功能有两个（1）提高激光峰值输出功率。（2）控制激光器的锁光。工作过程是根据DA T给的信号，输出特定的射频信号去驱动Q头锁放光。其功率为25W－50W。方框图

如下：

对于Q系统而言，其主要技术指标是相对于Q驱及Q头的关联所提出来的，有三个：(1）Q驱的输出功率P(FSW)

50W≥P(FSW)≥25W

它反映的是Q驱输输出到Q头的信号的功率。

(2）驻波比SWR

SWR=（1+√P(REF)／P(FSW)）／（1－√P(REF)／P(FSW) ）≤1.5 它反映的是Q驱与Q头的匹配情况，正如光从一种介质进入另一种介质会产生反射一样，高频信号F（Q）由特性阻抗为Z1的介质进入特性阻抗为Z2的介质也会产生反射。SWR就是描述这反射的大小的。反射大，SWR大，反射小，SWR小，理想无反射时，SWR=1。

3）反射功率P(REF)

P(REF)≤2W

它反映的是P(FSW)经Q头反射回来的功率。