YAG激光器调Q试验
YAG调Q
【数据处理】
由 = CV 2， C=100μ F，得下表：
电压（V） E P（J） E out（mJ） 680 23.12 37.0 700 24.5 54.8 720 25.92 62.7 740 27.38 71.3 760 28.88 81.7 780 30.42 84.2 800 32 103.8
2
根据上表做 E out ~ E P 曲线
E out ~ E P 曲线
E out（mJ）
100 90 80 70 60 50 40 30 22 24 26 28 30 32
110
E P（J）
图6 脉冲倍频实验光路图 1. 将倍频晶体如图6 所示放置在光路中，让激光正入射倍频晶体。 2. 将泵浦电压保持在750V，调节倍频晶体和光轴之间的夹角，每次改变一 度，用能量计记录倍频光脉冲的能量。 3. 夹角范围为±10 °，共采集20 组数据。 4. 将实验结果，数据拟合，画出转化效率随角度变化的关系图，并且和图3 加以比较。
【实验步骤】
一、 自由振荡
图4 自由振荡YAG 激光器光路图 1. 用氦氖激光器调整光路。按照图4 光路，调整氦氖激光器，使氦氖激光 通过Nd:YAG 晶体前后两孔的中心，保持不动；放入1.06μm 半反镜，调整使其 反射光沿原路返回；放入1.06μm 全反镜，调整使其反射光沿原路返回。此时他 们都与光轴垂直，达到谐振腔的腔镜平行。 2. 打开总电源，打开泵浦灯的电源，检查冷却水泵、高压等，设定电源的 工作电压约在～750V。注意：打开泵浦灯电源步骤：首先旋转开关钥匙，使其处 于“On”位置；按下“SIMMER”按钮，再按下“WORK”按钮，此时电源开始工作。 调节”CHARGEVOLT”下的旋钮，可以设定工作电压大小。如果要暂停泵浦电压， 可以再次按 “WORK” 按钮， 使其恢复到原来的位置。 关机时， 按照相反顺序操作。 3. 微调激光器的1.06μm 半反镜，用黑相纸在1.06μm 半反镜后面接收激 光光斑，当光斑变圆时，光路调节完毕。 （当天实验由于示波器出现故障，故没能观察到波形图） 二、 染料调Q
Nd：YAG激光器调Q激光束的放大特性
Nd:YAG激光器调Q激光束的放大特性实验目的：1. 了解固体激光器的自由振荡输出特性2. 了解调Q技术以及调Q激光输出特性3. 了解固体激光器的应用4. 掌握固体激光器的光路调整实验原理：1. 自由振荡激光输出特性通常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大的反转粒子数，只能被限制在阈值反转数附近，当低于阈值时又开始准备第二次振荡。
这使得自由振荡固体激光器的输出是由许多振幅、脉宽和间隔作随即变化的尖峰脉冲组成，尖峰脉宽非常窄（微秒量级），间隔数微秒，脉冲序列的时间长度大致等于闪光灯泵浦持续时间。
激光器的输出能量分散在这样一串脉冲中，因而不可能有很高的峰值功率，增大泵浦能量时也无助于峰值功率的提高，只会使小尖峰数量增加。
2. 调Q技术激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，因此可设法改变激光器的阈值来实现上能级积累大量的反转粒子。
由激光振荡阈值条件可知临界阈值与谐振腔Q值成反比。
Q 值为谐振腔的品质因数，当波长和腔长一定时，Q与谐振腔的损耗成反比，即损耗大，Q值就低，阈值高而不易起振；当损耗小，Q值就高，阈值低而易起振。
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。
本实验通过Q 晶体改变谐振腔的阈值（或Q值）。
泵浦开始时，使光腔处于低Q值，即提高振荡阈值使激光器不产生激光振荡，于是上能级反转粒子数便可大量积累，当积累达到最大值时，突然使腔的损耗减小，Q值突增，激光振荡迅速建立，在极短时间内上能级的反转粒子被消耗，受激辐射增强非常迅速，在腔的输出端形成一个峰值功率很高、脉冲宽度很窄的单一脉冲激光。
实验中所用Q晶体为Cr4+:YAG晶体，有自饱和吸收特性，对光的吸收损耗在其饱和之前很大，达到饱和之后则瞬间降低至接近于零，这样就起到了调Q的作用。
这是一种被动调Q技术。
实验装置1. He-Ne激光器2. 小孔光阑3. 1064nm全反凹面镜M14. Cr4+:YAG调Q晶体5. Nd:YAG振荡棒6. 输出镜M27. Nd:YAG放大棒8. 平板玻璃9. 能量计图1 实验光路示意图本实验采用两组Nd:Y AG晶体和泵浦氙灯，前组为振荡级，后组为放大级。
实验八 脉冲式灯泵浦YAG激光器被动调Q实验
实验八脉冲式灯泵浦YAG激光器被动调Q实验实验目的（1）掌握被动调Q Y AG激光器的工作原理与调试方法。
（2）测量脉冲与连续泵浦Y AG激光器的静态输出特性。
（3）分析被动调Q率被动调Q Y AG激光器的动态输出特性。
（4）在被动调Q理论分析的基础上，通过实验研究，针对相应的运转条件和应用需求，设计被动调Q Y AG激光器的光学参数。
实验原理1．固体Nd:Y AG激光器的工作原理。
（1）Nd:Y AG晶体的性质Nd3+:YAG是以三阶钕（Nd3+）离子部分取代Y3Al45O12晶体中Y3+离子的激光工作物质，称为掺钕钇铝石榴石（简称Nd3+:YAG）。
它以Nd3+离子作为激活粒子。
图8-1给出了Nd3+:YAG晶体中Nd3+离子的与激光产生过程有关的能级图。
处于基态4I9/2的钕离子吸收光泵发射的相应波长的光子能量后跃迁到4I5/2，2H9/2和4F7/2，4S3/2能级（吸收带的中心波长是810nm和750nm，带宽为30nm），然后几乎全部通过无辐射跃迁迅速降落到4F3/2能级。
4F3/2能级是一个寿命为0.23ms的亚稳态能级。
处于4F3/2能级的Nd3+离子可以向多个较低能级跃迁并产生辐射，其中几率最大的是4F3/2至4I11/2的跃迁（波长为1064nm）。
图8-1 Nd3+:YAG激光的激发机理（2）静态运转特性分析（a）脉冲运转→驰豫振荡（尖峰效应）暂态过程。
（b）连续运转→阈值条件（增益饱和）稳态过程。
按“激光原理与技术”中有关章节的分析，结合实验得出：仅仅依靠增加泵浦能量与功率，不能获得窄脉宽，高峰值功率的激光脉冲的结论。
2．Cr:YAG饱和吸收被动调Q原理自饱和被动式调Q激光器由于器件结构简单，对激光器无电磁干扰，应用十分广泛，但由于通常的染料调Q介质，导热率极低，使其应用范围受到局限，只能用于低重复率的脉冲调Q激光器中。
近年来，由于激光晶体技术的进步，我国已生产出可用于高重复率调Q的多掺Y AG晶片，制成了被动式的Q开关器件，兼备声光和染料调Q的长处，在激光医疗、激光打标和非线性光学等领域获得广泛的应用。
固体激光倍频、调Q实验
声光调Q倍频YAG激光器实验声光调制器由石英晶体、铌酸锂或重火石玻璃作为声光介质，通过压电晶体电声转换器将超声波耦合，在声光介质中产生超声波光栅，介质的折射率被周期性调制形成折射率体光栅。
在腔内采用该技术，可将连续的1064nm基频光变换成10KHz的高重复率脉冲激光，由于具有重复频率和峰值功率高的特点，可获得高平均功率的倍频绿光输出。
【实验目的】（1）掌握声光调Q连续激光器及其倍频的工作原理；（2）学习声光调Q倍频激光器的调整方法；（3）了解声光调Q固体激光器的静态和动态特性，并掌握测试方法；（4）学习倍频激光器的调整方法。
【实验原理】【实验原理】声光调Q倍频连续YAG激光器的工作原理（1）声光调Q基本原理：图1 声光调制器工作原理声光调制器是由石英晶体、铌酸锂、或重火石玻璃做为声光介质，通过电声换能器（压电晶体）将超声波耦合进去，在声光介质中产生超声波光栅。
超声波光栅将介质的折射率进行周期性调制，从而进一步形成折射率体光栅。
如图1所示。
光栅公式如下式（1）式（1）中，是声光介质中的超声波波长，为布拉格衍射角，为入射光波波长，n为声光介质的折射率。
当入射光以布拉格角入射时，出射光将被介质中的体光栅衍射到一级衍射最大方向上。
利用声光介质的这种性质，可以对激光谐振腔内的光束方向进行调制。
当加入声光调制信号时，光束偏转出腔外，不能在腔内形成振荡，即此时为高损耗腔。
在此期间泵浦灯注入给激活介质（激光晶体）的能量储存在激光上能级，形成高反转粒子数。
当去掉声光调制信号时，光束不被偏转，在腔内往返，形成激光振荡。
由于前面积累的高反转粒子数远远超过激光阈值，所以瞬时形成脉冲激光输出，从而形成窄脉宽、高能量的激光脉冲。
声光调Q激光器工作在几千周到几十千周的调制频率下，所以可以获得高重复率、高平均功率的激光输出。
（2）倍频器件工作原理：图2 倍频晶体折射率椭球及通光方向示意图由于晶体中存在色散现象，所以在倍频晶体中的通光方向上，基频光与倍频光所经历的折射率与是不同的。
YAG激光器自由运转调Q和倍频实验
Nd:YAG激光器自由运转及调Q实验【实验目的】1.了解固体激光器的结构及工作原理（自由运转和染料调Q），掌握其调整方法；2.了解固体激光器的主要参数的测试技术；3.观察调Q脉冲经过KTP晶体实现倍频现象，了解倍频中相位匹配特性。
【实验原理】一、自由振荡1.固体激光器组成固体激光器主要由工作物质，泵浦光源和光学谐振腔三大部分组成。
常用的工作物质有红宝石，掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG），钛宝石等晶体和钕玻璃等。
谐振腔常用两个平面或球面反射镜。
泵浦光源常用氙灯、氪灯、高压汞灯，碘钨灯。
在本实验中，激光器的主要元件为：①工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）；②光学谐振腔：双氙灯，双椭圆聚光腔，重复脉冲电源；③谐振腔镜：双色镜，部分反射镜。
2.自由振荡固体激光器的输出特性自由振荡激光器输出激光脉冲的特点是具有尖峰结构，即由许多振幅、脉宽和间隔作随机变化的尖峰脉冲组成。
每个尖峰的宽度约为0.1～1 μs，间隔为数微秒，脉冲序列的时间长度大致等于闪光灯泵浦持续的时间。
这种现象称为激光器的弛豫振荡。
产生弛豫振荡的主要原因是：当激光器的工作物质被泵浦，上能级的粒子反转数超过阈值条件时，即产生激光振荡，使腔内光子密度增加而发射激光。
随着激光的发射，上能级粒子数被大量消耗，导致粒子反转数降低，当低于阈值水平时，激光振荡就停止，这时，由于光泵的继续抽运，上能级粒子反转数重新积累，当超过阈值时，又产生第二个脉冲，如此不断重复上述过程，直到泵浦结束。
可见每个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，从这个作用过程可以看出，增加泵浦功率也是无助于峰值功率的提高，而只会使小尖峰的个数增加。
二、调Q 的概念在激光技术中 ，用品质因数 Q 来描述与谐振腔损耗有关的特性。
Q 值定义为2Q v π=腔内存储的激光能量每秒损耗的能量用W 表示腔内存储的能量，δ表示腔的单程损耗，且设谐振腔长度为L，工作介质折射率n，光速c，则Q 值可表示为22/W nLQ v Wc nL ππδδλ==式中λ0为真空激光波长。
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。
声光调Q倍频YAG激光器实验
实验十二声光调Q倍频YAG激光器实验一、实验目的<1）掌握声光调Q连续激光器及其倍频的工作原理；<2）学习声光调Q倍频激光器的调整方法；<3）了解声光调Q固体激光器的静态和动态特性，并掌握测试方法；<4）学习倍频激光器的调整方法。
二、实验原理声光调Q倍频连续YAG激光器的工作原理<1）声光调Q基本原理：图12-1 声光调制器工作原理声光调制器是由石英晶体、铌酸锂、或重火石玻璃做为声光介质，通过电声换能器<压电晶体）将超声波耦合进去，在声光介质中产生超声波光栅。
超声波光栅将介质的折射率进行周期性调制，从而进一步形成折射率体光栅。
如图12-1所示。
光栅公式如下式b5E2RGbCAP<1）式<1）中，为声光介质中的超声波波长，为布拉格衍射角，为入射光波波长，为声光介质的折射率。
当入射光以布拉格角入射时，出射光将被介质中的体光栅衍射到一级衍射最大方向上。
利用声光介质的这种性质，可以对激光谐振腔内的光束方向进行调制。
当加入声光调制信号时，光束偏转出腔外，不能在腔内形成振荡，即此时为高损耗腔。
在此期间泵浦灯注入给激活介质<激光晶体）的能量储存在激光上能级，形成高反转粒子数。
当去掉声光调制信号时，光束不被偏转，在腔内往返，形成激光振荡。
由于前面积累的高反转粒子数远远超过激光阈值，所以瞬时形成脉冲激光输出，从而形成窄脉宽、高能量的激光脉冲。
声光调Q激光器工作在几千周到几十千周的调制频率下，所以可以获得高重复率、高平均功率的激光输出。
p1EanqFDPw<2）倍频器件工作原理：图12-2 倍频晶体折射率椭球及通光方向示意图由于晶体中存在色散现象，所以在倍频晶体中的通光方向上，基频光与倍频光所经历的折射率与是不同的。
图12-3给出了一个单轴晶体的色散及1064nm倍频匹配点的折射率关系曲线。
DXDiTa9E3dR e f r a g t i v e I n d e x l (m m)图12-3 单轴晶体色散曲线及倍频原理示意图图12-3中的实线代表了寻常光的折射率，点划线代表了非常光的折射率，中间的点线则代表了非常光在改变入射光角度时得到的折射率。
YAG电光调Q激光器发光特性的测试
第３０卷第４期２００８年８月光学仪器ＯＰＴＩＣＡＬＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳＶｏＬ３０，Ｎｏ．４Ａｕｇｕｓｔ，２００８文章编号：１００５—５６３０（２００８）０４—００１１－０３ＹＡＧ电光调Ｑ激光器发光特性的测试＊王玮（深圳技师学院光机电技术系，广东深圳５１８０４０）摘要：电光调Ｑ技术是利用晶体的电光效应来实现Ｑ突变的方法。
在电光调Ｑ激光器上，就激光器静态状态下氙灯光和出射激光的波形、激光发光阈值等状态进行了测试；并就调Ｑ状态下的激光波形的变化及脉宽、峰值功率等进行了测试与讨论，从而对电光调Ｑ激光器的发光特性给出了较为完整的测试。
结果证明该测试方法直观可靠，对了解和掌握电光调Ｑ激光器有较大的帮助。
关键词：Ｎｄ３十．ＹＡＧ激光器；电光调Ｑ开关；激光阈值；激光脉宽中图分类号：ＴＮ２４８．１文献标识码：ＡＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｅｍｉｔｔｉｎｇｌｉｇｈｔｐｒｏｐｅｒｔｙｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱ－ｓｗｉｔｃｈＹＡＧｌａｓｅｒＷＡＮＧＷｅｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｒｙ，ＳｈｅｎｚｈｅｎＳｅｎｉｏｒＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅＮｄ３＋：ＹＡＧｌａｓｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅＱｖａｌｕｅｃｈａｎｇｉｎｇ．Ｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱ－ｓｗｉｔｃｈＬａｓｅｒ，ｔｈｅｗａｖｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＸｅｌａｍｐ，Ｌａｓｅｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅａｎｄｅｍｉｔｔｉｎｇｌｉｇｈｔｉｎｓｔａｔｉｃｓｔａｔｅａｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｏｆｌａｓｅｒｐａｔｔｅｒｎ，ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈａｎｄｐｅａｋｐｏｗｅｒｏｆｌａｓｅｒａｒｅａｌｓｏｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｙｎａｍｉｃａｄｊｕｓｔｉｎｇＱｓｔａｔｅ．Ｓｏｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅｍｉｔｔｉｎｇｌｉｇｈｔｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱ－ｓｗｉｔｃｈｌａｓｅｒａｒｅｔｅｓｔｅｄｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏＷｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄｖａｌｕａｂｌｅ，ａｎｄｍｏｒｅｈｅｌｐｆｕｌｆｏｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱ－ｓｗｉｔｃｈｌａｓｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｎｄ３＋：ＹＡＧｌａｓｅｒ；ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＱ－ｓｗｉｔｃｈ；ｌａｓｅｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅ；ｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ１引言调Ｑ技术就是通过某种方法使腔的Ｑ值随时问按一定程序变化的技术。
YAG激光器调Q实验
做关门实验， 做关门实验，使激光输出能 Applied Physics, Electronic Eຫໍສະໝຸດ gineering 量最小。 量最小。
4
实验仪器
• • • • • • • • • • YAG晶体 YAG晶体 前腔镜和后腔镜 激光电源：（含电源、 开关、手动快门） ：（含电源 激光电源：（含电源、Q开关、手动快门） 水箱 导轨、 导轨、滑块和支架 辅助激光器 能量计 光阑 起偏器 KDP晶体 晶体（ 开关） KDP晶体（Q开关）
12/13/2010
Changsha University
Applied Physics, Electronic Engineering 5
实验内容
做激光调腔实验，使输出地静态激光最强。 1. 做激光调腔实验，使输出地静态激光最强。 将偏振片插入光路。再插入Q开关，调整Q开关的俯仰， 2. 将偏振片插入光路。再插入Q开关，调整Q开关的俯仰，使Q开关的 反射像与激光晶体的反射像重合。 反射像与激光晶体的反射像重合。 微调两块谐振腔片，使激光器静态激光输出最强。 3. 微调两块谐振腔片，使激光器静态激光输出最强。 将电源改到关门状态（HV)进行关门实验 转动Q开关使最小。 进行关门实验。 4. 将电源改到关门状态（HV)进行关门实验。转动Q开关使最小。 将电源改到调Q状态，按快门，输出巨脉冲激光。用胶片接受光斑， 5. 将电源改到调Q状态，按快门，输出巨脉冲激光。用胶片接受光斑， 与静态激光光斑比较 。 6. 7. 8. 9. 用能量计测量巨脉冲， 用能量计测量巨脉冲，微调两块谐振腔片 ，使巨脉冲激光最强。 。 改变电压，分别测量几组静、动态输出能量，并填入P26表1。 改变电压，分别测量几组静、动态输出能量，并填入P26表 P26 被动调Q技术自己先对照指导书去做。 被动调Q技术自己先对照指导书去做。
实验报告——调Q YAG激光器实验
实验报告——调Q YAG 激光器实验实验时间：2017.03.07一、实验目的1、掌握3:Nd YAG +激光器的工作原理2、学习并掌握3:Nd YAG +激光器调整技术3、学习声光调Q 3:Nd YAG +激光器的工作原理4、掌握声光调Q 实验技术，学习nm 量级激光脉冲测量方法5、学习腔外倍频实验技术二、实验原理1.掺钕钇铝石榴石掺钕钇铝石榴石(3:Nd YAG +)是一种典型的四能级激光工作物质，由于它的热传导性好;激光阈值低和转换效率高，所以用它可作成连续激光器和高重复频率的脉冲激光器。
YAG 激光器可输出几种波长，其中最强的为1.06μm 。
如果采用调Q 、倍频技术，则可获得波长为532nm 的脉冲激光。
这种以3:Nd YAG +激光器为基础的脉冲激光系统以其高峰值功率、高重复频率和宽波长调谐特性等优点而得到了广泛的应用。
2. YAG 激光器的结构图1为典型的3:Nd YAG +激光器示意图。
其中包括YAG 棒；泵浦灯（连续运转的氪灯两个）；Q 开关和光学谐振腔。
YAG 晶体棒3:Nd YAG +激光器的工作物质是一种人工晶体，它的基质是钇(Y)铝(Al)石榴石(G)，其分子式为3512Y Al O 。
晶体在高温的过程中掺入氧化钕，用提拉法制成。
钕就以三价正离子的形式存在于YAG 的晶格中，掺钕量约为1%。
通常3:Nd YAG +晶体被加工成 φ6mm ×100mm 左右的圆棒状，两端磨成光学平面，平面的法线与棒轴有一个小夹角，面上镀有增透膜，能承受高的功率密度，棒的侧面全部“打毛”，以防止寄生振荡。
激励泵浦源YAG 激光器可用多种光源作为激励泵浦源，连续YAG 激光器常用氪灯和碘钨灯为泵浦源，脉冲YAG 激光器常用脉冲氙灯为泵浦源。
因为这些灯的辐射光谱与YAG 棒晶体的吸收光谱匹配较好。
如图1所示，泵浦用的氪灯做成和YAG 棒长度相近的直管形，以便达到最佳的耦合。
两氪灯串联后，外接直流电源。
物理实验YAG调Q讲义
【实验步骤】一、自由振荡图4 自由振荡YAG 激光器光路图1. 用氦氖激光器调整光路。
按照图4 光路，调整氦氖激光器，使氦氖激光通过Nd:YAG 晶体前后两孔的中心，保持不动；放入1.06μm 半反镜，调整使其反射光沿原路返回；放入1.06μm 全反镜，调整使其反射光沿原路返回。
此时他们都与光轴垂直，达到谐振腔的腔镜平行。
2. 打开总电源，打开泵浦灯的电源，检查冷却水泵、高压等，设定电源的工作电压约在～750V。
注意：打开泵浦灯电源步骤：首先旋转开关钥匙，使其处于“On”位置；按下“SIMMER”按钮，再按下“WORK”按钮，此时电源开始工作。
调节”CHARGEVOLT”下的旋钮，可以设定工作电压大小。
如果要暂停泵浦电压，可以再次按“WORK”按钮，使其恢复到原来的位置。
关机时，按照相反顺序操作。
3. 微调激光器的1.06μm 半反镜，用黑相纸在1.06μm 半反镜后面接收激光光斑，当光斑变圆时，光路调节完毕。
（当天实验由于示波器出现故障，故没能观察到波形图）二、染料调Q图5 YAG 激光器调Q 光路图1. 按照图5 光路，用氦氖激光器调整光路,将染料片插入1.06μm 全反镜和Nd:YAG 晶体之间，调整使其反射光沿原路返回；打开泵浦灯的电源，设定电源的工作电压约在～750V。
微调激光器的1.06μm 半反镜，用黑相纸在1.06μm 半反镜后面接收激光光斑，使其输出正常。
2. 改变泵浦电压，用激光能量计测出不同电压下的输出能量E out, 给出E out～E p曲线。
3. 按照图5 光路，用示波器记录激光器的调Q 脉冲波形，并打印结果。
4. 将实验结果、数据以及图表整理并写出实验报告。
三、脉冲倍频图6 脉冲倍频实验光路图1. 将倍频晶体如图6 所示放置在光路中，让激光正入射倍频晶体。
2. 将泵浦电压保持在750V，调节倍频晶体和光轴之间的夹角，每次改变一度，用能量计记录倍频光脉冲的能量。
3. 夹角范围为±10 °，共采集20 组数据。
电光调Q脉冲YAG激光器与倍频实验
实验8-5 电光调Q 脉冲YAG 激光器与倍频实验一、引言固体激光器是以固体材料作为工作物质的激光器，它具有输出能量大、峰值功率高、器件结构紧凑等优点，在工业激光材料加工、激光医学、激光化学、科学研究以及国防等方面有着重要的应用。
迄今，已实现激光振荡的固体激光工作物质有数百种之多，其中以掺钕钇铝石榴石（Nd 3+：YAG ）应用最多。
Nd 3+：YAG 是一种典型的四能级激光工作物质，由于它的热传导性好、激光阈值低和转换效率高，所以用它可以做成高重复频率的脉冲激光器和连续激光器。
如果在脉冲激光器内采用调Q 和放大技术，很容易获得时间宽度为10ns 量级而峰值功率达几百MW 量级的TEM 00激光脉冲。
再通过KD *P 等非线性光学晶体对波长为1.06μm 的Nd 3+：YAG 激光基波进行二倍频、三倍频和四倍频，则可得到532nm 、355nm 和266nm 四种波长的脉冲激光器。
此外，还可以用上述二倍频或三倍频光去泵浦染料激光器，获得从紫外到近红外的波长连续可调谐的脉冲激光。
这种以Nd 3+：YAG 激光器为基础的脉冲激光系统以其高峰值功率、高重复频率和宽范围波长调谐特性等优点在科学技术、医学、工业和军事上得到了广泛的应用。
目前脉冲Nd 3+：YAG 激光器的泵浦方式有两种：闪光灯和半导体激光器。
本实验研究闪光灯泵浦的调Q 脉冲Nd 3+：YAG 激光器，了解其工作原理，掌握该激光器的装配和调试方法以及相应的激光参数测量，学习应用非线性光学晶体产生倍频光的基本原理。
二、实验原理1．Nd 3+：YAG 激光器的工作原理和结构掺钕钇铝石榴石晶体是以钇铝石榴石（简称YAG ，其分子式为Y 3Al 5O 12）单晶为基质材料，掺入适量的三价稀土离子Nd 3+所构成。
YAG 是由Y 2O 3和Al 2O 3按摩尔比为3：5化合生成的，当掺入作为激活剂的Nd 2O 3后，则在原来是Y 3+的点阵上部分地被Nd 3+代换，而形成了淡紫色的Nd 3+：YAG 晶体。
RLE-CA04 灯泵YAG激光调Q综合实验
知识点
光学谐振腔、最佳透过率、倍频、电光晶体调Q、 半波电压、脉宽、重复频率、峰值功率。
3. 调 Q 晶 体 组 件 ： 调Q方式：退压电光调Q：1～5kV(可调)， 调Q晶体：KD*P晶体； 半波电压：3800V； 脉冲宽度：<12ns。 4.光学组件： 激光输出镜Ф20mm，T=80%@1064nm，T=60%@1064nm，T=40%@1064nm， 三种透过率。 5.机械组件： 精密光学导轨：L×W=600mm×90mm，配套滑块，高精度调节镜架； 专用的调Q晶体同侧四维调整机构，精度0.002mm。 6 . 激 光 防 护 镜 组 件 ：防护波段：1064nm&532nm； 7. 实验仪器外壳：外形尺寸：700mm×400mm×220mm，前开门展开角度 80°，上开盖气动支杆连接，展开角度130°，12mm厚铝制面包板。 8. 预 留 升 级 接 口 ， 升 级 后 可进行升压调Q、被动调Q实验； 9. 讲义及快速安装指南。
选配设备参数
1、数字示波器： 带宽100MHz，采样频率1GHz。 2、激光能量计光谱范围0.19μm-11μm，石墨探头， 四档量程19.9mJ、199.9mJ、1.999J、19.99J，最小 分辨率10μJ 。
实验原理图
主要设备ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数
1. 光源组件： 激光波长：532nm、650nm、1064nm； 输出能量： 1000mJ(1064nm，静态)，600mJ(1064nm，动态)，100mJ(532nm， 动态)； 光束发散角：≤5mrad； 激光电源：充电电压1200V（常规），输出平均功率1kW，放电频率1、3 、 5、10；放电脉宽200μ s，晶体高压1～5000V，调Q延时180μ s（50-300μ s可 调）。 2.探测器组件： 高速脉冲探测器模块：光谱响应曲线400nm-1100nm，响应度1ns， 自带一级放大器。
NdYAG激光器的特性试验：电光调Q及倍频技术
、实验目地:1、掌握电光Q开关地原理及调试方法•2、学会电光Q开关装置地调试及主要参数地测试3、掌握倍频地基本原理和调试技能.4、了解影响倍频效率地主要因素.二、实验原理1.电光调Q调Q技术地发展和应用，是激光发展史上地一个重要突破.一般地固体脉冲激光器输出地光脉冲，其脉宽持续在几us甚至几ms,其峰值功率也只有 kw级水平,因此，压缩脉宽,增大峰值功率一直是激光技术所需解决地重要课题 . 调Q技术就是为了适应这种要求而发展起来地.b5E2RGbCAP调Q基本概念：用品质因数Q值来衡量激光器光学谐振腔地质量优劣，是对腔内损耗地一个量度.调Q技术中，品质因数Q定义为腔内贮存地能量与每秒钟损耗地能量之比，可表达为：式中V o为激光地中心频率.如用E表示腔内贮存地激光能量，丫为光在腔内走一个单程能量地损耗率•那么光在这一单程中对应地损耗能量为丫 E.用L表示腔长；n为折射率；c 为光速.则光在腔内走一个单程所用时间为nL/c.由此，光在腔内每秒钟损耗地能量为丫 Ec/nL.这样Q值可表示为p1EanqFDPw式中为真空中激光波长.可见Q值与损耗率总是成反比变化地，即损耗大Q 值就低；损耗小Q值就高.固体激光器由于存在弛豫振荡现象，产生了功率在阈值附近起伏地尖蜂脉冲序列, 从而阻碍了激光脉冲峰值功率地提高 .如果我们设法在泵浦开始时使谐振腔内地损耗增大 ,即提高振荡阈值 ,振荡不能形成 , 使激光工作物质上能级地粒子数大量积累 .当积累到最大值（饱和值时 >,突然使腔内损耗变小 ,Q 值突增.这时, 腔内会像雪崩一样以飞快地速度建立起极强地振荡 , 在短时间内反转粒子数大量被消耗 ,转变为腔内地光能量 ,并在透反镜端面耦合输出一个极强地激光脉冲 .通常把这种光脉冲称为巨脉冲•调节腔内地损耗实际上是调节Q值,调Q技术即由此而得名.也称为Q突变技术或Q开关技术.DXDiTa9E3d用不同地方法去控制不同地损耗，就形成了不同地调Q技术.有转镜调Q技术 , 电光调 Q 技术、可饱和染料调 Q 技术、声光调 Q 技术、透射式调 Q 技术 . RTCrpUDGiT本实验以电光Q开关激光器地原理、调整、特性测试为主要内容.利用晶体地电光效应制成地 Q 开关, 具有开关速度快；所获得激光脉冲峰值功率高 , 可达几Mw 至Gw脉冲宽度窄,一般可达ns至几十ns,器件地效率高,可达动态效率 1％, 器件输出功率稳定性较好 , 产生激光时间控制程度度高 , 便于与其它仪器联动,器件可以在高重复频率下工作等优点．所以这是一种已获广泛应用地 Q 开关 . 5PCzVD7HxA YAG棒在闪光灯地激励下产生无规则偏振光，通过偏振器后成为线偏振光，若起偏方向与KDP晶体地晶袖x（或y>方向一致，并在KDP上施加一个V1/4地外加电场.由于电光效应产生地电感应主轴X'和y '与入射偏振光地偏振方向成450角, 这时调制器起到了一个1/4 波片地作用 , 显然,线偏振光通过晶体后产生了n /2地位相差，可见往返一次产生地总相差为n ,线偏振光经这一次往返后偏振面旋转了90°, 不能通过偏振器 . 这样, 在调制晶体上加有 I/4 波长电压地情况下, 由介质偏振器和 KD*P 调制晶体组成地电光开关处于关闭状态 , 谐振腔地 Q 值很低 , 不能形成激光振荡 . jLBHrnAILg虽然这时整个器件处在低 Q值状态，但由于闪光灯一直在对 YAG棒进行抽运, 工作物质中亚稳态粒子数便得到足够多地积累 , 当粒子反转数达到最大时 , 突然去掉调制品体上地 l ／4 波长电压 , 即电光开关迅速被打开 , 沿谐振腔轴线方向传播地激光可自由通过调制晶体 ,而其偏振状态不发生任何变比 ,达时谐振腔处于高Q值状态，形成雪崩式激光发射.XHAQX74J0X2•倍频技术原子是由原子核和核外电子构成.当频率为w地光入射介质后，引起介质中原子地极化，即负电中心相对正电中心发生位移r形成电偶极矩er ,其中e是负电中心地电量.我们定义单位体积内原子偶极矩地总和为极化强度矢量P= Nm,N是单位体积内地原子数.极化强度矢量和入射场地关系式为LDAYtRyKfE其中 ------- f…分别称为线性极化率、二级非线性极化率、三级非线性极化率….并且在一般情况下-------- …,每增加一次极化,值减小七八个数量级•由于人射光是变化地,其振幅为——I ,所以极化强度也是变化地.根据电磁理论，变化地极化场可作为辐射源产生电磁波一一新地光波.在入射光地电场比较小时（比原于内地场强还小 >, -----）等极小,P与E成线性关系为----- 1 ,新地光波与入射光具有相同地频率,这就是通常地线性光学现象•但当入射光地电场较强时，不仅有线性现象，而且非线性现象也不同程度地表现出来•新地光波中不仅含有入射地基波频率，还有二次谐波、三次谐波等频率产生，形成能量转移，频率变换•这就是只有在高强度地激光出现以后，非线性光学才得到迅速发展地原因•设有下列两波同时作用于介质：Zzz6ZB2Ltk介质产生地极化强度应为二列光波地叠加.有尸=工⑵[如 cos（3] I 十&z）+X^cos 十-X tZi[j4?aos1（<»l t++盅 cos? 爲z）+ 24^,005 +jt（j）oos （ftjjt+fcjz）].经推导得出，二级非线性极化波应包含下面几种不同频率成分：P切=p眉5 [2〔附+局刃]，y （1J尸如=N-盅8时2（呼+Q）L吒,g = 十5”十％ + 丘訂工L从以上看出,二级效应中含有基频波地倍频分量（2 i＞. （2 2＞、和频分量（1十2＞、差频分量（1 —2＞和直流分量.故二级效应可用于实现倍频、和频、差频及参量振荡等过程.当只有一种频率为地光人射介质时，那么二级非线性效应就只有除基频外地一种频率（2 ＞地光波产生，称为二倍频或二次谐波 .dvzfvkwMIl为了获得最好地倍频效果，除了入射光要足够强＜功率密度高）、晶体地非线性极化细述要大外，还要使特定偏振方向地线偏振光以某一特定角度入射，这个特定地角度由相位匹配条件决定.rqyn14ZNXI从理论分析可得倍频效率地关系式如下L为倍频晶体地通光长度,只有当△ K= 2K1 — & = 4n /入i（n co -n2 co ＞=0,即n3 = n2o时,效率最高.我们将之称为位相匹配条件.EmxvxOtOco怎样实现相位匹配呢？对于介质，由于存在正常色散效应，是不能实现相位匹配地.对于各向异性晶体，由于存在双折射，可以利用不同偏振态之间地折射率关系实现相位匹配.SixE2yXPq5目前常用地负单轴晶体,如KDP它对基频光和倍频光地折射率可以用图 3 —1地折射率面来表示.图中实线是倍频光地折射率面，虚线是基频光地折射率面.球面为0光折射率面,椭球为e光折射率面.折射率面地定义为，它地每一根矢径长度＜从原点到曲面地距离）表示以此矢径方向为波法线方向地光波地折射率.从图中可以看出如果基频光矢o光,倍频光是e光，那么当波面沿着跟光轴成9角地方向传播时，二者折射率相同，9称为相位匹配角.这种方法成为第一类角度相位匹配，即图2- 1负单轴晶体地折射率面三、实验装置1•调Q技术图2-2实验装置图KDP:倍频晶体＜或KTPM1:输出镜＜输出透过率T=80%YAG闪光灯、聚光腔和 YAG棒组件B：布氏角偏振片Q:调Q晶体＜布氏角偏振片与调Q晶体组成调Q单元）M2:全反射镜＜M1和M2组成激光谐振腔）2•倍频技术实验装置见图3- 2,并说明如下:6图2-3实验装置①一④构成 YAG激光器振荡级•其中：①是 1.06微M全反射镜；②是DKDF电光调Q晶体及介质膜起偏器；③为 YAG激光器地主体•包括 YAG棒、氙灯、聚光腔和冷却系统；④是输出端平面反射镜•对 1.06微M激光T= 80%经边束调制地YAG调Q激光器产生地1.06微M激光是全偏振光，通常为偏振方向在竖直方向上地O光，以满足倍频晶体相位匹配地要求.kavU42VRUs⑤KTP倍频晶体,将1.06微M地红外激光转变成0.53微M地绿光•晶体地入射面镀有对1.06微M地增透膜，出射面镀有对0.53微M地增透膜,倍频效率约5%〜15% .KTP晶体易损伤,操作时要细心.y6v3ALoS89⑥能量计.四、实验内容与步骤1•调Q技术1、用He-Ne激光束或自准直平行光管，调整激光器各光学元件地高低水平位置,使各光学元件地对称中心基本位于同一直线上.再调整各光学元件地俯仰方位,使介质膜反射镜、偏振器、电光晶体地通光面与激光工作物质端面相互平行不平行度小于一弧分.M2ub6vSTnP2 、启动电源，在不加/4晶体电压情况下，工作电压取550V,反复调整两块谐振腔片,使静态激光输出最强，记下输出激光能量.一般称不加调Q元件地激光输出为静态激光，而加调Q元件地激光输出为动态激光或巨脉冲激光.0YujCfmUCw3、关门实验，加上偏振片及调Q晶体，给电光晶体加上恒定地/ 4电压（V /4>,绕光轴转动KDP晶体，充电并打激光，反复微调电光晶体，直至其x、y 轴有偏振器地起偏方向平行.同时适当微调电压 V /4,直到激光器几乎不能振荡为止（出光明显比静态激光能量低 >.此即说明电光 Q开关已处于关闭状态（低Q值状态 >.eUts8ZQVRd4、接通电光晶体地退压电路，打动态激光，微调闪光灯开始泵浦至退去V /4电压之间地延迟时间电位器，一面观察激光强弱，一面微调延迟电位器旋钮,直到激光输出最强.记下巨脉冲能量值.sQsAEJkW5T5、改变脉冲泵浦能量，每增加工作电压50V测量一次,用能量计分别测出几组静、动态输出能量.一直测到800V,计6组数据.GMslasNXkA2.倍频技术由于本实验具有强光和高压电，为保证安全，必须首先仔细阅读实验室注意事项、然后才开始操作.1调整激光器出射光方向，使其和基座导轨同方向并与导轨上各光学器件处于等高地水平方向，这样便于接收调节•检测YAG激光器输出光能量是否正常微调YAG放大器基座,与激光器保持共轴，使输出能量最佳•对1.06微M不可见地红外激光除可用能量计准确测定其能量值外.还可用烧斑纸对光地有无和能量地大小进行粗略捡查.TlrRGchYzg2、将倍频晶体、能量计放置在同一水平高度上.使KTP晶体处于o+o->e地第一类相位匹配方式.3、由于晶体切割时，截面地法线与晶体地光轴夹角即为该晶体地相位匹配角,入射光只要垂直射到晶体上，就可获得最好地倍频效果.转动倍频晶体，使 1.06微M地基频光以不同角度入射于晶体.从光强地变化中也可看出，当倍频光由弱地圆环或散开地光斑缩为一耀眼地光点时，即达到了最佳匹配状态.鉴于光束地发散，能量计与倍频晶体一般保持在 10cm处.在测量地过程中，能量计放置地角度也会随着出射光方向地改变稍有变化.7EqZcWLZNX4、将倍频晶体固定在最佳倍频位置，用能量计分别测出1.06微M地输人光强及0. 53微M地倍频光强、计算出倍频效率——：反复测三遍.取平均结果.lzq7IGf02E五、实验报告要求1.利用公式分别计算出在同一泵浦能量下地动态与静态激光输出能量之比称为动静比.耳=动态激光输出能量/静态激光输出能量zvpgeqJIhk2.总结相位匹配原理，对实验数据进行列表整理六、思考题1.试述改变退压延迟时间t o和加在晶体上地电压值为什么会影响调Q激光器地输出？2.如何知道本实验地倍频为第一类相位匹配？若改用第二类相位匹配，应如何做？。
YAG激光器调Q实验 - 大连民族大学
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a
b
450
关门实验时，按下开关，开门变关门。 调Q实验时，按下快门，关门变开门。产 生巨脉冲。 条件：偏振方向与a或b夹角为45度。
做关门实验，使激光输出能 Applied Physics, Electronic Engineering 量最小。
实验仪器
• • • • • • • • • • YAG晶体 前腔镜和后腔镜 激光电源：（含电源、Q开关、手动快门） 水箱 导轨、滑块和支架 辅助激光器 能量计 光阑 起偏器 KDP晶体（Q开关）
Applied Physics, Electronic Engineering
实验原理
• 调Q技术是获得短脉冲高峰值功率激光输出的重要方法。 • 激光器的Q值又称品质因数，表征激光谐振腔的腔内损耗的参数
腔内贮存的激光能量 2 nL Q =20 每秒钟损耗的激光能量 0
损耗率
如果我们设法在泵浦开始时使谐振腔内的损耗增大，即提高振荡 阈值，使振荡不能形成，激光工作物质上能级的粒子数大量积累。 当积累到最大值，突然使腔内损耗变小， Q值突增。这时腔内会 像雪崩一样以极快的速度建立起极强振荡，在短时间内反转粒子 数大量被消耗，转变为腔内的光能量，并在输出镜端输出一个极 强的激光脉冲，其脉宽窄，峰值功率高，这种光脉冲称为巨脉冲。
NA:YAG激光器调Q实验
• 大连民族学院物理与材料学院
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实验目的
• • • • 了解利用晶体线性电光效应实现激光调Q的原理；； 熟悉主动和被动调Q技术 ； 了解电光晶体的开关效率和延迟特性 。 掌握调Q激光器输出能量、脉冲宽度的测量方法
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Nd3YAG固体激光器电光调Q激光脉冲的时域分析
万方数据万方数据第４期尚卫东等：Ｎ小＋：ＹＡＧ固体激光器电光调Ｑ激光脉冲的时域分析６３Ｓ２．２调Ｑ信号的仿真１６ｌ调Ｑ电路仿真原理如图３所示。
调Ｑ激光脉冲的建立时刻、脉冲形状、脉宽、巨脉冲能量等发射参数１７硼。
２．３调Ｑ电路的试验结果根据试验测试，电光调Ｑ信号与激光脉冲的时序如图５所示。
图３调Ｑ电路仿真原理图Ｆｉｇ．３ＳｉｍｕＩａｔｉｏｎａｎｄｓｃｈｅｍｅｔｉｃｄｉａ伊帅ｏｆＱ—ｓｗｉｔｃｈｅｄｃｉｒｃｕｉｔ（１）参数选择输入斜坡函数信号斜率为５×１０５Ｖ／ｓ；变压器初级线圈电感量分别取ｌＯ－５Ｈ，５×１０＿５Ｈ，１０佃。
（２）仿真结果当Ｌ：１０一５Ｈ、５ｘ１０一哪、１０啊时，得到的输出曲线图５调Ｑ信号与激光脉冲输出时序图如图４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）所示。
Ｆｉｇ．５Ｔｉｍｉｎｇｓｃｑｕｅ“ｃｅｄｉａｇｒ锄ｏｆＱ’８晰劬ｃｄ８１９１１ａ１ａｎｄ１掰ｐｕｌ辩图中，开门信号开始处于平坦阶段，在１００ｎｓ处开始线性上升，１６０ｎｓ处已达到半波电压，并产生调Ｑ激光巨脉冲，因此，脉冲建立时间比阶跃式多了约６０ｎｓ。
２．４多元合成的试验验证通过对电光调Ｑ电路的仿真和试验研究，完成多元激光器的一致性匹配设计、时差的精密判别与分析、光电综合补偿与合成锁定等技术，实现对多元激光脉冲输出时域精密控制，时域精密同步原理框图如图６所示。
图６多光束窄脉冲激光时域同步合成技术框图图４调Ｑ电路仿真结果Ｆｉｇ．６Ｄｉａｇ删ｍｏｆｍｕＩｔｉ－ｌａｓｃｒＰｒｅｃｉｓｃｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｓｙｎｔＩｌｅｓｉｓｔｃｃｈｎｏｌｏｇｙ№·４ｓｌｍ“１砒１０“糟８ｕ１‘８ｏ‘Ｑ－刚劬ｅｄ。
硫“１‘以３台激光器合成为例，经测试合成同步精度达由此可知，Ｑ开关电路形式和电参数将直接影响到±１ｎｓ，合成效率９０％以上，三元激光合成效果波形万方数据万方数据Nd3+:YAG固体激光器电光调Q激光脉冲的时域分析作者：尚卫东， 李发丹， 薛海中， 马书磊， SHANG Wei-dong， LI Fa-dan， XUE Hai-zhong ， MA Shu-lei作者单位：中国电子科技集团公司,第二十七研究所,河南,郑州,450005刊名：红外与激光工程英文刊名：INFRARED AND LASER ENGINEERING年，卷(期)：2009，38(4)被引用次数：0次1.蓝信钜激光技术 20032.吴鸿兴.郭大浩.王声波激光多功能Q调制技术及实验研究 1993(02)3.KOECHNER W Solid State Laser Engineering 19994.金光勇.范薇.王超固体激光高重复率电光Q开关研究[期刊论文]-红外与激光工程 2007(S)5.谢毅.蔡德芳.王石语声光调QDPL中衍射效率对激光输出特性的影响 2006(05)6.张志涌.徐彦琴MATLAB教程 20017.谢毅.赵娜.王石语声光调QDPL脉冲宽度空间分布的研究[期刊论文]-红外与激光工程 2006(03)8.NING Guo-bin.JIN Guang-yong.YAN Xiao-yuan Research on solid laser high-repetition-rate electro-optical Q-switch 2001本文链接：/Periodical_hwyjggc200904013.aspx授权使用：武汉职业技术学院(whzyjsxy)，授权号：6c973448-a36d-429c-9f19-9e1200b77437下载时间：2010年10月17日。
1.6μmErYAG固体激光器调Q特性研究
1.6 μm Er:YAG 固体激光器被动及主动调 Q 特性研究摘要工作波长为 1.6 µm 的脉冲激光与其他波段激光相比，因其位于“人眼安全” 波段，同时也是大气的传输窗口，在激光雷达、激光测距及空间自由通讯等领域 有着广泛的应用和良好的发展前景。
不仅如此，该波段激光还可以通过非线性频 率转换技术获得 3-5 µm 的中红外激光。
近年来，如何产生线宽窄、转换效率高、 光束质量好的 1.6 µm 脉冲激光已经成为国内外研究热点。
在众多产生 1.6 µm 激 光的解决方案中，采用激光二极管共振抽运 Er:YAG 固体激光器是目前最为理想 的方式之一。
调 Q 技术的产生是是激光发展史上的一个重要突破，满足特定应用领域对激 光峰值功率和脉冲宽度等方面提出的更高要求。
论文的实验部分分别基于被动调 Q 和主动调 Q 两种方法，采用 1532 nm 激光二极管作为泵浦源，实现了 1645 nm Er:YAG 调 Q 脉冲激光的产生。
首先研究了基于石墨烯被动调 Q 的 Er:YAG 固体激光器。
作为近年来涌现的 新型二维材料，与其他可饱和吸收体相比，石墨烯展示出宽波段吸收、高损伤阈 值、超快恢复时间和低饱和强度等优异性能，在作为激光器的可饱和吸收体方面 具有极大的应用前景。
实验中，沉积在石英片上的单层石墨烯插入激光谐振腔内 充当可饱和吸收体。
在最大入射泵浦功率为 20.8 W 时，获得了高脉冲能量窄谱线 线宽的 1645 nm 脉冲激光输出，单脉冲能量和谱线线宽分别为 13.5 µJ 和 0.13 nm。
其中，13.5 µJ 的输出脉冲能量约为之前报导的基于石墨烯调 Q 的 Er:YAG 激光器 的两倍。
主动调 Q 方面，基于 RTP 电光晶体采用加压式电光调 Q 方法对 Er:YAG 调 Q 激光器的输出特性进行了详细的实验研究。
在 1 kHz 重复频率下，当泵浦功率增 加到 21.6 W 时，输出功率达到最大值 2.23 W，脉冲宽度和脉冲能量分别为 170 ns 和 2.23 mJ。
脉冲激光器的调Q和倍频
脉冲激光器的调Q 和倍频实验目的1. 熟悉Nd:YAG 激光器的结构。
2. 了解和掌握利用晶体的线性电光效应实现激光调Q 的原理。
3. 了解和掌握激光倍频技术的基本原理和倍频晶体相位匹配的方法。
实验原理激光调Q 技术就是使激光谢振腔的Q 值发生变化，使激光工作物质的受激辐射压缩在极短的时间内发射的一种技术。
具体的讲就是在光泵开始激励的初期，使腔内的损耗很大，Q 值很低，这使激光振荡的阈值很高，使激光振荡不能形成，因而上能级的反转粒子数大量积累。
当积累达到最大值时，突然时谐振腔的损耗变小，Q 值突增，这时反转粒子数密度比阈值大得多，使激光振荡迅速建立，腔内像雪崩一样以极快的速度建立起极强的振荡，于是在极短的时间内输出一个极强的激光脉冲。
调Q 激光脉冲峰值功率一般都高于兆瓦级，而脉冲宽度只有10-8~10-9秒，因而通常将这种脉冲称为激光巨脉冲。
激光谐振腔内的损有多种，用不同的方法来控制腔内不同的损耗，就形成了不同的调Q 技术，例如控制反射损耗的有转镜调Q 技术、电光调Q 技术，控制吸收损耗的有染料调Q 技术，控制衍射损耗的有声光调Q 技术等。
倍频技术就是将频率为ω的强激光束入射到某些非线性晶体，通过强光与物质的相互作用，产生2ω的二次谐波的技术。
倍频技术是目前由较低频率的激光转换为较高频率激光的最成熟和最常用的频率转换技术，也是最早被利用的非线性光学效应。
当光与物质相互作用时，就会带起原子外层电子的位移，产生电偶极矩r e m =,其中e 为负电中心的电荷量，r 是负电中心相对于正电中心的距离。
单位体积内偶极矩的总和为极化强度P ，m N P =,N 是单位体积内的原子数。
极化强度的大小和方向随外电场的变化而变化，这种极化场就会产生电磁波的辐射。
如果入射到介质上光束的频率为ω，电场矢量为t E t E E πνω2cos cos 00 ==由于光的作用，产生的极化强度P 与外电场强度矢量E 之间的关系为+⋅+⋅=E E E P )2()1(χχ式中)1(χ, )2(χ为与时间、位置无关的常数，成为介质的极化系数，且有 )3()2()1(χχχ>>>>当入射光很弱时，极化系数的高阶项都可忽略不计，则(2)可简化 t E E P L ωχχcos 0)1()1( ⋅=⋅=这就表明弱光照射下，介质的极化强度矢量与电场强度成线性关系，其频率与入射光频率相同。
ndyag 固体激光器电光调q倍频实验讲义
Nd:YAG 固体激光器电光调Q、倍频实验一、 实验目的1. 掌握电光调Q 的原理及调试方法；2. 学会电光调Q 装置的调试；3. 掌握相关参数的测量。
二、 实验原理1. 调Q 技术原理调Q 技术中，品质因数Q 定义为腔内贮存的能量与每秒钟损耗的能量之比，可表示为： 每秒钟损耗的激光能量腔内贮存的激光能量02πν=Q （1） 式中0ν为激光的中心频率。
如用E 表示腔内贮存的激光能量，γ为光在腔内走一个单程能量的损耗率。
那么光在这一单程中对应的损耗能量为E γ。
用L 表示腔长；n 为折射率；c 为光速。
则光在腔内走一个单程所需要时间为。
c nL /由此，光在腔内每秒钟损耗的能量为c nL E /γ这样，Q 值可表示为γλπγπν002/2nL nL Ec E Q == （2）式中00/νλc =为真空中激光波长。
可见Q 值与损耗率总是成反比变化的，即损耗大Q 值就低；损耗小Q 值就高。
固体激光器由于存在弛豫振荡现象，产生了功率在阈值附近起伏的尖峰脉冲序列，从而阻碍了激光脉冲峰值功率的提高。
如果我们设法在泵浦开始时使谐振腔内的损耗增大，即提高振荡阈值，振荡不能形成，使激光工作物质上能级的粒子数大量积累。
当积累到最大值（饱和值时），突然使腔内损耗变小，Q 值突增。
这时，腔内会象雪崩一样以极快的速度建立起极强的振荡，在短时间内反转粒子数大量被消耗，转变为腔内的光能量，并在透反镜端耦合输出一个极强的激光脉冲。
在这个过程中，弛豫振荡一般是不会发生的，但是，如果调Q 器件设计及调整得不好也会导致多脉冲出现。
所以，输出光脉冲脉宽窄，峰值功率高。
通常把这种光脉冲称为巨脉冲。
调节腔内的损耗实际上是调节Q 值，调Q 技术即由此而得名。
也成为Q 突变技术或Q 开关技术。
谐振腔的损耗γ一般包括有：54321αααααγ++++= （3）其中1α为反射损耗；α2为吸收损耗；α3为衍射损耗：α4为散射损耗；α5为输出损耗。
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实验原理
• 调Q技术是获得短脉冲高峰值功率激光输出的重要方法。 • 激光器的Q值又称品质因数，表征激光谐振腔的腔内损耗的参数
腔内贮存的激光能量 2 nL Q =20 每秒钟损耗的激光能量 0
损耗率
如果我们设法在泵浦开始时使谐振腔内的损耗增大，即提高振荡 阈值，使振荡不能形成，激光工作物质上能级的粒子数大量积累。 当积累到最大值，突然使腔内损耗变小， Q值突增。这时腔内会 像雪崩一样以极快的速度建立起极强振荡，在短时间内反转粒子 数大量被消耗，转变为腔内的光能量，并在输出镜端输出一个极 强的激光脉冲，其脉宽窄，峰值功率高，这种光脉冲称为巨脉冲。
-
a
b
450
关门实验时，按下开关，开门变关门。 调Q实验时，按下快门，关门变开门。产 生巨脉冲。 条件：偏振方向与a或b夹角为45度。
做关门实验，使激光输出能 Applied Physics, Electronic Engineering 量最小。
实验仪器
• • • • • • • • • • YAG晶体 前腔镜和后腔镜 激光电源：（含电源、Q开关、手动快门） 水箱 导轨、滑块和支架 辅助激光器 能量计 光阑 起偏器 KDP晶体（Q开关）
NA:YAG激光器调Q实验
• 大连民族学院物理与材料学院
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实验目的
• • • • 了解利用晶体线性电光效应实现激光调Q的原理；； 熟悉主动和被动调Q技术 ； 了解电光晶体的开关效率和延迟特性 。 掌握调Q激光器输出能量、脉冲宽度的测量方法
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注意事项
1. 本实验输出的激光为高峰值功率脉冲激光，做本实验前必须佩 戴防护1064nm激光的防护眼镜。 2. 任何情况下严禁直视激光光路或直视激光器的反射光路，以免 激光损伤人眼。 3. 严禁用手直接触摸氙灯电极以及激光电源的输出线，以免触及 高压放电回路造成人身伤害。 4. 用光电探测器接收激光脉冲时，应多次衰减至极为微弱，以免 打坏探测器。
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实验内容
1. 做激光调腔实验，使输出地静态激光最强。 2. 将偏振片插入光路。再插入Q开关，调整Q开关的俯仰，使Q开关的 反射像与激光晶体的反射像重合。 3. 微调两块谐振腔片，使激光器静态激光输出最强。 4. 将电源改到关门状态（HV)进行关门实验。转动Q开关使最小。 5. 将电源改到调Q状态，按快门，输出巨脉冲激光。用胶片接受光斑， 与静态激光光斑比较 。 6. 用能量计测量巨脉冲，微调两块谐振腔片 ，使巨脉冲激光最强。 7. 改变电压，分别测量几组静、动态输出能量，并填入 P26表1。 8. 被动调Q技术自己先对照指导书去做。 9. 关机顺序为：先把手动开关断开，关掉预燃，最后关电钥匙。
Applied Physics, Electronic Engineering 这种产生巨脉冲的技术被称为调Q技术，也称为 Q开关技术。
利用KDP晶体的一次电光效应。
2
0
3 no r63U
aபைடு நூலகம்
b
+
1. 对本实验采用的KDP晶体，当U=3800V时，Δφ=π/2 2. 光往返一次， Δφ=π，相当于半波片。 3. 偏振方向旋转2θ=900，光有去无回，即“关门”。 4. 关门状态时，损耗增大，阈值提高，Q值减小。 5. 振荡不能形成，能级的粒子数大量积累。
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M1
YAG
B
Q
M2
光阑
KDP
水冷系统
电源和控制系统
准直激光器
KDP: 倍频晶体（或KTP） M1:输出镜（输出透过率T=80%） YAG:闪光灯、聚光腔和YAG棒组件 B:布氏角偏振片 Q:调Q晶体（布氏角偏振片与调Q晶体组成调Q单元） M2:全反射镜（M1和M2组成激光谐振腔）