固体激光器及其调Q工作原理
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。
固体激光器原理及应用
固体激光器原理及应用固体激光器是一种使用固态材料作为工作介质，利用吸收外部能量激发材料内部电子跃迁产生激光的器件。
其原理基于材料内部的电子能级结构，通过能量输入使电子能级发生跃迁，产生一束高强度、窄谱线、准单色的激光束。
固体激光器具有激光输出稳定、寿命长、重复频率高、输出功率大等优点，因此在许多领域有着广泛的应用。
固体激光器的工作原理可以分为三个基本步骤：激发、放大和输出。
首先，通过能量输入使材料内部的电子从基态跃迁至激发态，形成一个激发态的粒子团。
其次，通过适当的增益介质，激发态粒子发生受激辐射过程，产生激光并且放大。
最后，通过激光输出装置将激光束从增益介质中输出。
固体激光器的工作介质一般是由具有合适外加激励源的能级结构的晶体或玻璃组成。
常用的材料有Nd:YAG（氧化钇铝铈钕）、Nd:YLF（钇铝石榴石）、Nd:YVO（钇钕钒酸盐）和Ti:sapphire（蓝宝石）等。
这些材料具有良好的耐热性、光学性能和谐振特性。
固体激光器的应用相当广泛。
在科学研究领域，固体激光器常用于物理、化学、生物学等学科中的实验室研究。
其高可靠性和稳定性使其成为激光生物学、光谱学和光物理学等领域的基础工具。
此外，固体激光器在通信领域也有着重要的地位。
特别在光纤通信系统中，固体激光器可以作为光源产生高质量的激光信号，用于传输和接收数据。
固体激光器还在制造业中得到广泛应用。
例如，固体激光器在激光切割、焊接和打标等加工过程中发挥着重要角色。
其高功率和高能量脉冲使其成为材料切割和焊接的理想工具。
此外，固体激光器还可以应用于材料精细处理、纳米加工和激光显微技术等领域，为制造业提供了更加高效和精确的加工手段。
此外，固体激光器还用于医疗领域。
例如，激光手术中使用的激光刀就是一种固体激光器。
固体激光器可以提供高能量和高精确性的激光束，用于切割、热凝固和热疗等医疗操作。
它在眼科手术、皮肤整形和癌症治疗等领域中有着广泛应用。
总之，固体激光器以其稳定的输出功率、高效的能量转化和丰富的应用领域而受到广泛关注和应用。
新激光ppt课件第八章 调Q技术与锁模技术
nL tc
式中tc
nL
c
为光子在腔内的寿命
d (G c 1 )
dt
n tc
d (G c 1 )
dt
n tc
当增益=损耗时，即为阈值条件
令 t tc
Gt
n ct c
则 d d (tcG n c1) (G G t 1)
GN
d
d
dN
N (
Nt 2
1) N
d
Nt
2.速率方程的解
1.工作物质储能调Q(PRM) 也叫脉冲反射式调Q.它是将能量以激活离子的
形式储存在工作物质中,能量储存的时间取决于激 光上能级的寿命.
(1).工作过程
(2).Q脉冲形成的三个时刻 (3).特点
Hale Waihona Puke 2.谐振腔储能调Q(PTM) 也叫脉冲透射式调Q.它是将能量以光子的
形式储存在谐振腔中,当腔内光子数密度达到最大 值时瞬间将腔内能量全部输出，因而也叫腔倒空法。
和选择合适的谐振腔，以降低Nt.
六、调Q方法
1. 电光调Q
电光调Q装置如图， 激光腔中插入起偏振片 及作为Q开关的KD*P晶 体。
原理:
电光调Q装置示意图
电光调Q激光器如图。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Z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 X 和 y 。经过晶体长度d距离后,二 偏振分量产生了相位差δ
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。
固体激光器的工作原理
固体激光器的工作原理
固体激光器是一种利用固体材料作为工作介质的激光器，其工作原理主要包括激发态产生、增益介质放大、谐振腔构成和输出光束等几个方面。
首先，固体激光器的工作原理涉及到激发态的产生。
在固体激光器中，通常采用外部能源（如光、电、化学能等）来激发固体材料中的原子或分子，使其跃迁至激发态。
这个过程需要一定的能量输入，激发态的产生是固体激光器工作的第一步。
其次，固体激光器的工作原理还包括增益介质的放大。
在固体激光器中，激发态的原子或分子通过受激辐射的作用，向入射的光子传递能量，从而使光子的数目呈指数增长。
这一过程发生在增益介质中，增益介质通常是由稀土离子或色心等组成的晶体或玻璃材料。
另外，固体激光器的工作原理还涉及到谐振腔的构成。
谐振腔是固体激光器中的一个重要部件，它由两个反射镜构成，其中一个是部分透明的，用于输出光束。
谐振腔的作用是使激光在其中来回多次反射，从而增强激光的放大效应，最终形成输出光束。
最后，固体激光器的工作原理还包括输出光束的形成。
当激光在谐振腔中来回多次反射后，其中一部分光子会通过部分透明的反射镜逸出，形成输出光束。
这个输出光束通常具有一定的方向性和单色性，可以用于各种应用。
总的来说，固体激光器的工作原理是利用外部能源激发固体材料中的原子或分子，使其跃迁至激发态，然后通过增益介质的放大和谐振腔的构成，最终形成输出光束。
固体激光器在医疗、通信、材料加工等领域有着广泛的应用，对于推动科学技术的发展具有重要意义。
固体激光器的工作原理
固体激光器的工作原理
固体激光器是一种利用固体材料作为工作物质的激光器，它通
过激发固体材料中的原子或离子，使其产生受激辐射而产生激光。
固体激光器的工作原理主要包括激发、增益、反射和输出四个过程。
首先，固体激光器的工作原理涉及到激发过程。
在固体激光器中，通常采用激发源（如闪光灯、半导体激光二极管等）照射固体
材料，激发固体材料中的原子或离子，使其跃迁至高能级。
这种激
发过程会导致固体材料中的原子或离子处于一个高能级的激发态。
其次，固体激光器的工作原理还涉及到增益过程。
在激发过程中，固体材料中的原子或离子处于高能级的激发态，这时如果有入
射光子与其相互作用，就会引发受激辐射，从而产生激光。
这种受
激辐射会引起原子或离子从高能级跃迁到低能级，释放出更多的光子，使激光光子数目急剧增加，形成所谓的增益。
然后，固体激光器的工作原理还包括反射过程。
在固体激光器中，通常会设置一个光学反射器，用来反射激光。
这种光学反射器
可以将激光反射回固体材料中，使其在其中来回反射，增强激光的
增益效果。
最后，固体激光器的工作原理还涉及到输出过程。
在固体激光器中，设置一个输出镜，用来从激光腔中输出激光。
这种输出镜通常只透过一部分激光，反射大部分激光，使得激光可以从固体激光器中输出。
总的来说，固体激光器的工作原理是通过激发固体材料中的原子或离子，使其产生受激辐射而产生激光。
固体激光器的工作原理涉及到激发、增益、反射和输出四个过程，这些过程共同作用，使得固体激光器能够产生高能、高亮度的激光，被广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域。
固态激光器的工作原理
固态激光器的工作原理激光器作为一种重要的光学器件，在现代科技和工业应用中起到了至关重要的作用。
固态激光器作为其中的一种类型，在多个领域中展现出了广泛的应用前景。
本文将详细介绍固态激光器的工作原理，以及其在科学研究、医疗、通信等方面的应用。
一、固态激光器的基本构成和工作原理固态激光器由一个激光介质和一个泵浦源组成。
激光介质是固体材料，常见的材料包括Nd:YAG（氧化铝掺杂钕）、Nd:YVO4（钇钒酸钕）等。
泵浦源通常采用光源或者其他激光器来提供能量，使激光介质中的掺杂离子处于激发态。
1. 光子吸收与激发当泵浦光进入激光介质时，它与激光介质中的掺杂离子相互作用。
这种相互作用导致掺杂离子从基态跃迁到激发态，吸收入射光子的能量。
这种能量吸收过程是固态激光器工作的起点。
2. 辐射与受激辐射当掺杂离子处于激发态时，它会逐渐失去能量。
在这个过程中，掺杂离子通过辐射的形式传递能量，并以光子的形式释放出来。
这些光子的能量是特定波长和频率的激光光子，具有相同的相位和方向，符合激光的特性。
3. 扩散与增益当释放的激光光子经过多次的反射和扩散后，在固态激光器的谐振腔内产生共振放大。
在这个过程中，激光光子不断增加，并形成强大的激光束。
这种过程是通过谐振腔中的镜面反射实现的，其中一个镜子是部分透明的，用于输出激光。
二、固态激光器的应用固态激光器具有紧凑、高效、可靠等特点，因此在科学研究、医疗、通信等领域有广泛的应用。
1. 科学研究固态激光器在科学研究中扮演着重要角色。
其激光束的窄带宽和高功率使得它成为细分光谱研究、原子物理、分子光谱学等领域的理想工具。
此外，固态激光器还广泛应用于量子光学研究、量子计算和量子通信等领域。
2. 医疗器械固态激光器在医疗领域有着广泛的应用。
激光切割、激光刻蚀、激光焊接等技术在现代医疗器械的制造过程中发挥着重要作用。
此外，激光手术、激光疗法等应用也在眼科手术、皮肤整形和癌症治疗等方面展现出了巨大的潜力。
固体激光器基本原理以及应用
汇报人：
单击输入目录标题 固体激光器的基本原理 固体激光器的应用 固体激光器的发展趋势
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固体激光器的基本原理
固体激光器的组成
泵浦源：提供能量使激光介质产生 激光如氙灯、半导体激光器等
冷却系统：保持激光介质的温度稳 定提高激光器的性能和寿命如水冷、
风冷等
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技术进步：提高输出功率、降低能 耗、提高稳定性
研究热点：新型材料、新型结构、 新型工艺等
固体激光器的应用拓展势
医疗领域： 用于眼科、 皮肤科等 疾病的治 疗
工业领域： 用于切割、 焊接、打 标等加工 工艺
科研领域： 用于光谱 分析、激 光雷达等 科学研究
军事领域： 用于激光 武器、激 光通信等 军事应用
添加标题
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激光介质：产生激光的物质如YG晶 体、Nd:YG晶体等
光学谐振腔：使激光在腔内反复反 射形成稳定的激光输出如反射镜、
全反射镜等
电源和控制系统：提供激光器的工 作电压和电流控制激光器的工作状
态如电源、控制器等
固体激光器的工作原理
激光产生：通过激发态粒子的受激辐 射产生激光
激光治疗：用于 皮肤病、肿瘤、 血管疾病等治疗
激光诊断：用于 皮肤病、肿瘤、 血管疾病等诊断
激光美容：用于 皮肤美容、整形 等美容项目
军事领域的应用
激光制导武器：利用激光精确 制导提高打击精度
激光通信：实现远距离、高速、 保密通信
激光雷达：用于探测、跟踪、 识别目标
激光武器：用于摧毁敌方武器 装备、设施等
增益介质：使用固体材料作为增益介 质如稀土离子掺杂的晶体
调Q(Q开关)技术讲解
dn dt
2n 2 Wp
(2)激光脉冲形成与输出（瞬态过程）
受激辐射迅速，时间短，因此忽略泵浦和自发辐射。
Q开关方程：
dn dt
2n21
d dt
Байду номын сангаас
n21
此阶段主要是产生光子。要使光子增长的快
d
d
dt >0, 而且 dt 大好。
从光子的速率方程可以看出，在激光形成阶段，光子
先是使反转粒子数达到最大值 ,但满足
然后
使
～产生激光－又以光子的形式贮存在腔内。
(2)．激光产生与输出过程
条件：G , 减小到 min , Q达到最高。
因为增益最大，所以 min小时，激光迅速建立， 在极短的时间内，工作物质贮能通过光子的受激 辐射过程释放出来，形成巨脉冲。调Q的过程： 调节 ，相 当于Q是一个门，关上门，Q低－贮 能，打开门－产生激光。
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 9被0P度2反。射因掉为。P1所//P以2，光所不以能，在从腔晶内体来出回来传的播光形不成能振通荡过。P这2，就 相当于腔内光子的损耗很大，Q值很高，称为“关门”状 态。
（2）第二阶段：脉冲形成阶段——Q开关完全打开
=10000V，给电路带来不便。腔内插入两个偏振
片，增加插入损耗，改进结构。晶体上加V ：从
YAG来的光通过P变成x(y)方向振动的光，通4 过
KDP时，分成x’(y’)方向振动的光，加 V ，两束光 的相位差 。出射晶体以后，合成4为圆偏光 （第偏二振次面 通旋 过K转D24P5，度o）、，e这光束又圆得偏到光2通相过位全差反—射—后 合成为线偏光。线偏光的偏振方向和入射光的偏
激光器的组成,调Q讲解
激光器一般由三个部分组成，固体激光器也不例外：（1）.工作物质这是激光器的核心，只有能实现能级跃迁的物质才能作为激光器的工作物质。
目前，激光工作物质已有数千种，激光波长已由X光远至红外光。
例如氦氖激光器中，通过氦原子的协助，使氖原子的两个能级实现粒子数反转；（2）.激励能源（光泵）它的作用是给工作物质以能量，即将原子由低能级激发到高能级的外界能量。
通过强光照射工作物质而实现粒子数反转的方法称为光泵法。
例如红宝石激光器，是利用大功率的闪光灯照射红宝石（工作物质）而实现粒子数反转，造成了产生激光的条件。
通常可以有光能源、热能源、电能源、化学能源等。
（3）.光学共振腔这是激光器的重要部件，其作用一是使工作物质的受激辐射连续进行；二是不断给光子加速；三是限制激光输出的方向。
最简单的光学共振腔是由放置在氦氖激光器两端的两个相互平行的反射镜组成。
当一些氖原子在实现了粒子数反转的两能级间发生跃迁，辐射出平行于激光器方向的光子时，这些光子将在两反射镜之间来回反射，于是就不断地引起受激辐射，很快地就产生出相当强的激光。
这两个互相平行的反射镜，一个反射率接近100%，即完全反射。
另一个反射率约为98%，激光就是从后一个反射镜射出的。
激光器主要由三部分组成：工作物质、激励能源、谐振腔（共振腔）。
如图：红宝石激光器的基本结构。
——固体激光器一般采用光激励源。
工作物质多为掺有杂质元素的晶体或玻璃。
最常见的固体激光器有红宝石激光器、钕玻璃激光器、掺钕钇铝石榴石激光器等，固体激光器输出能量高，小而坚固，在激光加工、激光武器等方面有重要应用。
激光调Q 的基本原理调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。
在泵浦开始时使腔处在低Q值状态，即提高振荡阈值，使振荡不能生成，上能级的反转粒子数就可以大量积累，当积累到最大值（饱和值）时，突然使腔的损耗减小，Q值突增，激光振荡迅速建立起来，在极短的时间内上能级的反转粒子数被消耗，转变为腔内的光能量，在腔的输出端以单一脉冲形式将能量释放出来，于是就获得峰值功率很高的巨脉冲激光输出。
第七讲 激光技术二：调Q技术
17
3、染料调 Q 激光器
（1）染料吸收特性 染料的可饱和吸收系数 0是光强很小时的吸收系数； Is 为染料的饱和吸收光强(与染料种类及浓度有关)
布拉格声光器件
声光互作用区域长,相当 于体光栅，对入射光方 向要求严格,只有一级衍 射光。( 衍射效率高 )
入射光
-3级衍射光 -2级衍射光 -1级衍射光 零级光 入射光 +1级衍射光 +2级衍射光 +3级衍射光
零级光
+1级衍射光
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（1）第一阶段：积累阶段 激光通过声光介质中的超声场时产生衍射，使光束 偏离出谐振腔，造成谐振腔的损耗增大，Q值下降， 激光振荡不能形成。故在光泵激励下其上能级反转 粒子数将不断积累并达到饱和值。
8
二、实现调 Q 技术的方法
1、电光调Q激光器
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。
9
（1）第一阶段：积累阶段
第一阶段是在晶体上加 U 。 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，它们的振动方向垂直，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，其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。因此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值很低，称为“关门”状态。 电光器件
固体激光器的原理与应用
固体激光器的原理与应用固体激光器是一种利用固态材料作为激光介质的激光器。
它通过在固体介质中注入能量，激发材料内部的激活态粒子的跃迁，产生特定波长和相干性很强的光束。
固态激光器具有高效率、高功率、高可靠性和较长的寿命等优点，被广泛应用于科学研究、医学、材料加工、光通信等领域。
固体激光器的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 产生激活态：固体激光器中使用的材料通常是由能级结构比较复杂的晶体或玻璃材料，例如Nd:YAG（钕：铝石榴石）晶体。
这些材料中的掺杂离子（如钕离子）被外部能量（例如光或电）激发，电子会从基态跃迁到较高能级的激活态。
2. 跃迁过程：激发态的离子会在非常短的时间内经历自发辐射跃迁，从能量较高的激发态回到能量较低的激活态，发出光子。
这个跃迁过程的能量差就对应着激光器的波长。
3. 反射：在材料两端镀有高反射镜和半反射镜，高反射镜可以使激光光束反射回材料，而半反射镜可以放出一部分激光光束。
4. 光增强：当激光光束通过激活态的材料时，会诱发更多的离子跃迁，产生更多的光子。
这个过程叫做光增强，光子数目可以指数级增加。
5. 输出激光：一部分光通过半反射镜射出，形成一束可见激光光束。
这个激光光束具有相干性好、方向性强、能量集中等特点。
固体激光器具有广泛的应用领域，以下是其中一些重要的应用：1. 科学研究：固体激光器在科学研究中扮演了重要的角色，例如用于光学测量、激光光谱学、光学材料研究等。
激光的高相干性和高功率使得这些应用成为可能。
2. 医学：固体激光器在医学领域有多种应用，例如激光医疗和激光手术。
激光可以用于治疗疾病、进行手术切割、癌症治疗等。
激光的高能量和精确性使得医生可以更好地进行操作。
3. 材料加工：固体激光器也被广泛应用于材料加工领域，例如激光切割、激光焊接、激光打标等。
激光的高能量密度可以使得材料瞬间加热，达到加工的目的，比传统加工方法更加精确和高效。
4. 光通信：固体激光器在光通信中扮演了重要的角色。
6.2 激光调Q技术基本原理
1.调Q 的基本理论（1）脉冲固体激光器输出的弛豫振荡用示波器观察普通脉冲固体激光器输出的一个脉冲，发现它的波形并不是一个平滑的光脉冲，而是一系列不规则变化的尖峰脉冲组成。
每个尖峰脉冲的宽度为0.1—1 μs ，间隔为5—10μs 。
光泵越强，尖峰脉冲个数越多，但其包络的峰值增加并不多。
将这种现象称为激光器输出的弛豫振荡(或尖峰振荡)。
图6.2.1所示为实测到的钕玻璃脉冲激光器的输出波形。
图6.2.1 脉冲激光器的输出波形。
弛豫振荡现象形成的主要原因是：随着光泵的作用，激光器达到其振荡阈值产生激光振荡，腔内光子数密度上升，输出激光。
随着激光的发射，上能级粒子数被大量消耗，使反转粒子数密度下降，到低于阈值时，激光发射停止。
此时由于光泵的继续抽运，反转粒子数密度重又上升，到高于阈值时，产生第二个激光脉冲。
如此往复，直至光泵停止上述过程才结束。
由于每个尖峰脉冲均产生于阈值附近，故脉冲的峰值功率水平不高，且增大泵浦能量也无助于提高其峰值功率，只能是增加尖峰脉冲的个数。
在脉冲形成的过程中，激光器的阈值始终保持不变是产生弛豫振荡最根本的原因。
（2）谐振腔的品质因数在电子技术中，用Q 值来描述一个谐振回路质量的高低。
在激光技术中，用Q 值来描述一个谐振腔的质量，称其为谐振腔的品质因数。
激光器的损耗可以用单程损耗来描绘，也可以用品质因数Q 值描绘，其定义为：品质因数是激光谐振腔的性能指标，与腔中介质的增益系数无关，光强I 0在谐振腔传播z 距离后会减弱为：(6.1.1)每振荡周期损耗的能量谐振腔内储存的能量π2=Q 00exp()exp a c I I a z I t μ⎛⎫=-=- ⎪⎝⎭总总其中μ为介质折射率，c 为真空中光速，t 为光在腔内传播距离z 所需的时间，则t 时刻腔中光子数密度与光强的关系为：(6.1.2)上式可以改写为光子数密度的形式：(6.1.3)体积为V 的谐振腔内存储的能量为：(6.1.4)每振荡周期损耗的能量为：(6.1.5)其中 为光子的平均寿命。
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。
固体激光器原理及应用
固体激光器原理及应用固体激光器是利用固体激光介质从激光管出射激光，其工作原理是通过在固体激光介质内注入能量激发原子或分子，使其处于激发态，当原子或分子从激发态跃迁至基态时，会放出激光辐射。
固体激光器具有输出功率高、波长选择范围广、重复频率高等优点，被广泛应用于材料加工、医学美容、通信、军事等领域。
固体激光器的工作原理如下：首先，通过外部能源（例如光或电）将能量输入到固体激光介质中，使其处于激发态。
当原子或分子处于激发态时，会发生跃迁，从而放出激光辐射。
这些激光光子在激光放大器中被不断放大，最终形成高功率的激光束。
通过激光输出装置，我们可以获得所需波长、功率和脉冲宽度的激光。
1.材料加工：固体激光器在材料加工领域有着重要的应用，可以用于切割、打孔、焊接、表面处理等工艺。
由于固体激光器输出功率高，能够在短时间内对材料进行高效加工，因此在工业生产中得到广泛应用。
2.医学美容：固体激光器在医学领域被用于皮肤治疗、脱毛、祛斑等美容项目。
激光束的高能量可以穿透皮肤表层，作用于深层组织，实现精确治疗效果。
3.通信：固体激光器在通信领域被用于光纤通信系统中，可以实现对光信号的发射、放大和调制，提高通信传输速率和距离。
4.军事：固体激光器在军事领域有着重要的应用，可以用于激光制导武器、激光测距、激光通信等领域，提高军事作战和侦察能力。
除了以上几个领域外，固体激光器还可以应用于科研、环境监测、光学仪器等领域，具有广泛的潜在应用价值。
在固体激光器的应用过程中，需要注意以下几点：1.固体激光器的稳定性：要保证固体激光器的光束输出稳定，功率均匀，波长一致，以满足各种应用的需求。
2.加强对固体激光器的保养和维护：固体激光器在长时间使用过程中会产生磨损或老化，需要定期维护，替换损坏部件，以延长使用寿命。
3.安全防护：固体激光器产生的高能量激光束对眼睛和皮肤有较强的危害性，使用时要做好防护工作，避免人员受伤。
总的来说，固体激光器在现代科技发展中扮演着重要的角色，其高功率、高功率密度和波长选择范围广等优点，使其在各个领域都有着广泛的应用前景。
固体激光器及其调Q工作原理
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产品品鉴会活 动方案
汇报人姓名
发展历程
PART 1
特点
PART 1
应用
激光器的构成
泵浦——提供能量 工作物质——受激
辐射，产生激光 谐振腔——光放大、
选模
激光器的分C O 类2
PART 1
固体激光器
PART 1
激光产生 机制
调Q
1
I Ic
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•常用电光晶体：
KDP磷酸二氢钾
BBO硼酸钡
LN铌酸锂
LGS硅酸镓镧
RTP磷酸钛氧铷
声光调Q
激光经过该声光介质，发生一级衍射，方 向偏离谐振腔，谐振腔损耗增加，高Q值
撤去超声场， 衍射消失，Q 值骤降
声波在声光介质中传播，会使 该介质折射率发生周期变化， 可视为等效位相光栅
饱 和 吸 收 调
Q
(I) 0
,合 成 为 圆 偏 振 光 ， 经 全 反 镜 P反 A射 RT， 1再 次 经 过 电 光 晶 体 ，
2
相 位 差 为 合 成 为 y 方 向 线 偏 振 光 ， 无 法 通 过 偏 振 片 。
V 4=4 n 0 3 ， 为 晶 体 两 端 所 加 调 Q 电 压 。
•电光晶体应满足以下条件：消光比高；透过率高、透光范围大； 半波（四分之一波）电压低；抗破坏阈值高；晶体防潮等。
调Q技术又叫Q开关技术，是将一般输出的连续激 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。
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脉冲固体激光器静态特性及染料调q技术
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染料调Q技术的原理与应用
原理
染料调Q技术是一种通过调节染料激光器的腔内损耗来实现激光脉冲输出的技 术。通过快速恢复腔内的损耗，可以获得窄脉宽、高峰值的激光脉冲。
应用
在科学研究、光谱学、生物医学、光通信等领域有广泛应用，特别是在超快光 学和飞秒激光加工领域中具有重要价值。
02 脉冲固体激光器的静态特 性
激光光谱学
脉冲固体激光器的高亮度、高单色性和高相干性使其成为激 光光谱学研究的理想光源，可用于分析物质的结构和组成。
非线性光学
脉冲固体激光器能够提供高功率、短脉冲的光源，可用于研 究非线性光学现象，如光学倍频、光学参量放大等。
在工业生产中的应用
激光加工
脉冲固体激光器可用于激光切割、激 光焊接、激光打标等工业加工领域， 具有高精度、高效率和高可靠性的优 点。
激光雷达
脉冲固体激光器可用于激光雷达测距、 测速和成像，具有抗干扰能力强、测 量精度高的优点。
在医疗领域的应用
激光治疗
脉冲固体激光器可用于治疗各种皮肤疾病，如雀斑、黄褐斑等，还可用于治疗血管性疾病和肿瘤。
激光美容
脉冲固体激光器可用于改善皮肤质地、减少皱纹和美白等美容项目，具有无创、无痛、无副作用的优 点。
在激光加工领域，染料调Q技术可以 实现高精度、高效率的打标、切割和 焊接等操作。
在激光光谱学领域，染料调Q技术可 用于研究物质与光相互作用的规律， 以及痕量元素的分析和检测。
04 脉冲固体激光器的性能优 化
提高激光器效率的方法
优化光学谐振腔设计
通过改进谐振腔的结构和参数，提高光在谐振腔内的反射 和传输效率，从而提高激光器的输出功率和转化效率。
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气体激 光器 半导体 激光器
CO2
• GaAs等
固体激光器
三价稀土元素： Nd3+,Yb3+,Er3+ 过渡金属元素 Cr3+,Ti3+ 基质 晶体、玻璃、 陶瓷
活性粒子 工作物质
激光产生机制
调Q
• 调Q技术又叫Q开关技术，是将一般输出的连续激光能量压
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。
固体激光器及其调Q工作原理
激光器的简介
激光器的原理
调Q工作
• 发展历程
• 特点 • 应用
• 构成
• 分类 • 产生机制
• 电光调Q
• 声光调Q • 饱和吸收调 Q理论
1952年，实 现粒子束反 转
1953年，第 一台微波粒 子放大器
1960年，红 宝石激光器 问世
Ex ' A cos wt E y ' A cos( wt )
2 相位差为 合成为y方向线偏振光，无法通过偏振片。 , 合成为圆偏振光，经全反镜反射，再次经过电光晶体，
V =
4
4n
3 0
，为晶体两端所加调Q电压。
• 电光晶体应满足以下条件：消光比高；透过率高、透光范围大；
电光调Q
Q调 制
声光调Q 饱和吸收调Q
转镜调Q
色心调Q
电光调Q
1 3 nx ' n0 n0 Ez 2 n n 1 n3 E y' 0 0 z 2
Vz n n Ez n l
3 0 3 0
2
nl
2
3 n0 Vz
电光调Q
半波（四分之一波）电压低；抗破坏阈值高；晶体防潮等。 • 常用电光晶体：
KDP磷酸二氢钾
BBO硼酸钡
LN铌酸锂
LGS硅酸镓镧
RTP磷酸钛氧铷
声光调Q
• 声波在声光介质中传播，会使该介质折射率发生周期变化，
可视为等效位相光栅 • 激光经过该声光介质，发生一级衍射，方向偏离谐振腔， 谐振腔损耗增加，高Q值 • 撤去超声场，衍射消失，Q值骤降
饱和吸收调Q
(I )
0
1 I Ic
1960—，氦 氖激光器、 半导体激光 器等相继出 现
特点
方向性 好
单色性 好
激光的 特点
相干性 好
亮度高
应用
激光器的构成
• 泵浦——提供能量 • 工作物质——受激辐射，产生激光 • 谐振腔——光放大、选模
激光器的分类
• 红宝石、 Nd:YAG • 氦氖激 光器、
固体激 光器 液体激 光器
• 有机、 无机