激光调Q技术讲解
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。
激光技术第27讲 调Q激光器
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
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。
M1 K P1 Ex P波 EO E y 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？
2L
tPTM c
6
27.1电光调Q方法
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。
激光器的基本技术激光调Q技术讲解课件
微型化与集成化
新材料与新波段
微纳激光器、芯片上集成激光器等技术的 发展，为光通信、光互联等领域提供有力 支撑。
探索新型激活介质与光学材料，拓展中红 外、太赫兹等波段的激光技术与应用。
02
激光调Q技术原理及优势
调Q技术基本原理
调Q开关
通过调节激光腔内的Q值来控制激光的输出。Q值高时，激光腔内存储能量多 ，输出激光脉冲峰值功率高；Q值低时，激光腔内能量损失多，输出激光脉冲 宽度窄。
的相关参数。
数据处理
02
对采集到的光信号进行处理，如滤波、放大等，以提取有效信
息。
数据分析
03
采用统计方法对处理后的数据进行分析，如计算平均值、标准
差等。
结果展示和讨论
结果展示
将实验结果以图表形式进行展示，如绘制光信号波形图、功率谱 图等。
结果讨论
根据实验结果进行讨论，分析激光调Q技术对激光器性能的影响 及其可能原因。
参数设置和影响因素分析
初始参数设置
根据激光器类型和实验条件，设置初始参数 ，如增益系数、损耗系数、腔长等。
调Q参数设置
设置调Q开关的参数，如调制频率、调制深度等， 实现不同的调Q效果。
影响因素分析
分析增益介质特性、泵浦源特性、腔镜反射 率等因素对激光器性能的影响，为性能优化 提供依据。
性能优化策略提出
窄脉冲宽度
调Q技术可以将激光脉冲压缩至纳秒甚至皮秒量级，有利于实现高精度、高质量的激光加 工和微观探测。
广泛应用
调Q技术在激光加工、医疗、科研、军事等领域有着广泛的应用。例如，可以用于切割、 焊接、打孔等激光加工过程，也可以用于激光雷达、光谱分析、非线性光学等科研领域。
03
激光调Q技术 讲课
（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
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
激光调Q技术讲解
激光调Q技术讲解关键信息项：1、激光调 Q 技术的定义和原理2、调 Q 技术的分类3、调 Q 技术的实现方法4、调 Q 技术的性能参数5、调 Q 技术的应用领域6、调 Q 技术的优势和局限性7、调 Q 技术的发展趋势11 激光调 Q 技术的定义和原理激光调 Q 技术是一种用于获得高峰值功率、窄脉宽激光脉冲的技术。
其基本原理是通过改变激光谐振腔的损耗，在短时间内实现激光增益的快速积累和释放，从而产生高能量、短脉冲的激光输出。
在普通的连续或长脉冲激光运转中，由于增益介质的反转粒子数在激发过程中逐渐积累，同时受激辐射也在持续发生，导致激光输出功率相对较低且脉冲宽度较宽。
而调 Q 技术通过控制谐振腔的损耗，使得在泵浦初期，谐振腔处于高损耗状态，抑制激光振荡的产生，从而让增益介质中的反转粒子数得以大量积累。
当反转粒子数达到一定程度时，突然降低谐振腔的损耗，使得积累的反转粒子数在极短的时间内以受激辐射的形式快速释放，形成高峰值功率、窄脉宽的激光脉冲。
111 调 Q 技术的物理基础调 Q 技术的实现基于激光增益介质的粒子数反转、受激辐射以及谐振腔的特性。
增益介质中的粒子在泵浦源的作用下被激发到高能态，形成粒子数反转分布。
当光子在谐振腔内往返传播时，通过受激辐射过程不断放大，同时受到谐振腔损耗的影响。
112 调 Q 技术的数学模型为了更深入地理解和分析调 Q 技术，可以建立相应的数学模型。
这些模型通常基于速率方程，描述增益介质中粒子数的变化以及光场的演化。
12 调 Q 技术的分类调 Q 技术主要分为主动调 Q 和被动调 Q 两大类。
121 主动调 Q主动调 Q 是通过外部的驱动信号来控制谐振腔的损耗。
常见的主动调 Q 方法包括电光调 Q、声光调 Q 等。
电光调 Q 利用电光晶体的电光效应，通过施加外加电场来改变晶体的折射率，从而改变谐振腔的损耗。
声光调 Q 则是基于声光晶体的声光衍射效应，利用超声波在晶体中产生的折射率光栅来改变谐振腔的损耗。
LASER激光器的调Q技术专讲..
栅声常波数频率等较于声高波.声波光长作λ用s.光长束度射d足经够此大介,质满时足发生衍射,一部d分光 偏2s离原来方向。当
时(λs与λ分别为声波与光波波si长n),如 果λ射光与声波波面的夹角θ满足 2s
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。
ΦD Φi 图3 从开始振荡到脉冲形成的过程
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。
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δ
2vd
c
激光调Q原理与技术PPT
2
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)
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。
• 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；
• 如果在某一时刻，突然撤去电光晶体两端的电压，则谐振 腔突变至低损耗、高Q值状态，于是形成巨脉冲激光。
电光Q开关原理及技术
电光Q开关原理
16
一、弛豫振荡现象
调Q原理与技术 §1 调Q原理
1、现象
普通脉冲激光器输出波形由一系列不规则的尖峰脉 冲组成
2、解释
泵浦使激光器达到阈值，产生激光反转粒子数减 少至低于阈值激光熄灭
3、特点
(1)峰值功率不高，只在阈值附近
(2)加大泵浦能量，只是增加尖峰的个数，不能增 加峰值功率
4、原因
激光器的阈值始终保持不变
te:光子数密度降到m/2的时刻, 相应反转粒子数密度为ne
t
§2 转镜调Q激光器
一、工作原理
1、Q开关开启 激光
激光调Q
450 电光开关 三、单块单 1. 原理 ：以LN横向运用退压式结构为例，分析原理和一 般Q开关相同。
也是分两个阶段讨论其工作原理：粒子数积累阶段和 脉冲形成阶段。结论：单 450Q开关相当于带一个偏振器 的Q开关。
2. 单 450 Q开关的误差 （1）口径效应：工作物质不同位置发出的激光，通过晶体 时，走得路程不一样，因而o光、e光的相位差不 等， 。 （2）克服口径效应的办法 0 a. 可以把电极做成矩形，使 45 角上无电场。 b. 利用一个互补的无相位变化的棱镜来代替谐振腔中的 全反镜。 3. 单 450 Q开关的特点 V 优点：结构简单，加工容易，插入损耗小；加电压 4 比 0 双 45 Q开关低一倍；适合各种工作物质。 450 双输出功率低；存在口径 缺点：输出的是线偏光，比 效应。
2.2
调Q激光器的基本理论
一、调Q的速率方程。 1.速率方程
d n dt 2 n1Wp n 2 A s n 21 dN n N 21 dt
对于一般的脉冲激光器，脉冲形成时间长， 泵浦、自发辐射、受激跃迁过程都是存在的。采 用Q开关技术后，各参量之间的关系发生了很大 的变化。根据Q开关的过程分析速率方程的变化。
3.简化结构
4．开关效率 定义：激光器动态输出能量与静态输出能量之比。即同一 台激光器且输出能量相同时， 动能： Q开关激光器所输出的能量。 静态能：激光器中不加Q开关输出的能量。
五、Q开关的其他应用 1.削波器 主要用于从几十个ns 的光脉冲中削出一个 几ns 的光脉冲，即可压缩脉宽，又整型。 2.隔离器 一般用在激光放大器中，在放大级之间对光 进行隔离，阻止后级光返回到前级放大器或振荡 器中。 3.选通开关 主要用于从一序列光脉冲中取出一个脉冲。
激光调q原理
激光调q原理激光调Q原理。
激光调Q技术是一种能够产生超短脉冲激光的技术，它在许多领域中都有着重要的应用，比如材料加工、医学影像、光通信等。
激光调Q技术的原理是通过调制激光器内部的损耗或增益，来实现脉冲的产生和放大。
在本文中，我们将详细介绍激光调Q技术的原理及其应用。
激光调Q技术的原理主要涉及到激光器内部的损耗或增益调制。
在激光器中，激光的产生是通过激发介质中的原子或分子来实现的。
当这些原子或分子处于激发态时，它们会通过受激辐射的过程释放出光子，从而产生激光。
而在调Q技术中，我们需要对激光器内部的损耗或增益进行调制，来实现脉冲的产生和放大。
激光调Q技术的一个重要应用是在超快激光领域。
超快激光在纳秒、皮秒甚至飞秒时间尺度上工作，它在材料加工、医学影像、光通信等领域都有着重要的应用。
激光调Q技术能够产生高峰值功率、窄脉冲宽度的超短脉冲激光，从而可以实现高精度的材料加工，高分辨率的医学影像，以及高速率的光通信传输。
除了在超快激光领域，激光调Q技术还有着其他的应用。
比如，在激光雷达中，激光调Q技术可以实现高峰值功率的激光脉冲，从而提高雷达的探测距离和分辨率。
在激光制导武器中，激光调Q技术可以产生高能量密度的激光脉冲，提高武器的毁伤效果。
在激光医疗领域，激光调Q技术可以实现对肿瘤等病变组织的精确治疗。
总的来说，激光调Q技术是一种能够产生超短脉冲激光的重要技术，它在超快激光、激光雷达、激光制导武器、激光医疗等领域都有着重要的应用。
通过调制激光器内部的损耗或增益，激光调Q技术可以实现高峰值功率、窄脉冲宽度的超短脉冲激光，从而可以实现高精度的材料加工、高分辨率的医学影像、以及高速率的光通信传输。
在未来，随着激光技术的不断发展，激光调Q技术有望在更多领域中发挥重要作用。
4-6激光器的基本技术-激光调Q技术讲解
Q
4.6.3 电光调Q
第
四
1.电光调Q装置如图4-27，激光腔中插入起偏振片及作为Q开关的KD*P晶体。
章
激
光
的
基
本
技
图4-27 电光调Q装置示意图
术
2. 原理:晶体在z轴方向加电压后,产生感应双折射,进入晶体的x方向振动的线偏振
光分解为x’和y’振动的二线偏振光。
§.
V
Ex
'与Ey
相位相差
'
2 往返一次两者相位相差
技 术
4. 调Q方法: 控制不同类型的损耗，就形成了不同的调Q技术
Q 2 W 2 P a总
a总 ar aa ad as at
§.
4 6 激
控制反射损耗 ------电光调Q技术 控制吸收损耗 ------可饱和吸收染料调Q技术 控制衍射损耗 ------声光调Q技术
光
调
技 术
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光
的
基
本
技 术
图4-28 声光调Q装置示意图
2. 原理: 当光通过介质中的超声场时,由于衍射造成光的偏折,偏离腔轴,此时损耗 大,Q值小. 一定时间后,撤去超声场,光束不发生偏折,Q值升高.
§.
4 6 激 光 调
技 术
Q
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4.6.5 染料调Q
第 四
1. 图4-29就是染料调Q激光器的示意图。它是在一个固体激光器的腔内插入一个 染料盒构成的。
4 6
加有半波电压时,损耗非常大,Q值很低;去掉半波电压时,损耗小,Q值很大.
激 光 调
Q
技 术
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4.6 激光调Q技术
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
料调Q技术等。
转镜调Q 反射损耗 电光调Q 反射损耗
声光调Q 染料调Q
主动调Q：由外加驱动源调节腔内损耗
被动调Q：由腔内光强调节损耗
衍射损耗 吸收损耗
反射镜
工作物质
转镜
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；
理想光滑脉冲
实际的小尖峰脉冲（放大后）
2、特点
(1)峰值功率不高，只在阈值附近 (2)加大泵浦能量，只是增加尖峰的个数，不能增 加峰值功率
3、原因
激光器的阈值始终保持不变
问题：结合激光原理，怎么改善脉冲性能？ 怎样增加一个脉冲的能量？怎样提高脉冲峰 值功率？
想象，水力发电是如何提高功率的。
激光调Q技术
)
2v03 63
c
Ed
2v03 63 V
c
图4-27 电光调Q装置示意图
主动激光调Q技术原理解读
2s
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
I1 sin 2 ( ) Ii 2
式中Δφ是经长度为d的位相光栅后光波相位变化的幅度。
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。 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。
W 2 Q 2 P a总
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。
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
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
3.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。 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。
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。
激光调q技术工作原理
激光调q技术工作原理
激光调Q技术是一种用于产生超快脉冲的技术。
该技术基于激光光谱线宽与激光腔的谐振模式匹配的原理，通过调节谐振腔内的光谱线宽度来控制腔内的光脉冲宽度和频率。
具体来说，激光调Q技术通过调节谐振器中的光谱线宽和光强来实现调制。
当激光峰值功率达到一定程度时，光强将会足以引起谐振器中的瞬时饱和吸收，这会导致谐振器中的光子数瞬间下降。
然后，随着吸收的减少，谐振腔中的光子数开始增加，直到达到一个峰值，此时将会产生一个高峰值功率的脉冲。
这个过程被称为“Q开关”。
激光调Q技术可以产生高质量的超快脉冲，在生物医学、光学通信和材料加工等领域应用广泛。
- 1 -。
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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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。
声光调Q装置示意图
产生驰豫振荡的主要原因：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，使腔内光子数密度增加，从而发射激 光。随着激光的发射，上能级粒子数大量被消耗， 导致粒子反转数降低，当低于阀值时，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。
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。
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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 ：
Q值与谐振腔的损耗成反比一般采取改变腔内损耗的办法
来调节腔内的Q值。
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.
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， 上海大学材料学院电子系 将其置于谐振腔内起到调制Q值的作用
电光调Q技术
电光效应：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
电光调Q是指在激光谐振腔内加置一块偏振
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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。 要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加）
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（2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 。
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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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高功率激光器：
追求单脉冲能量 追求峰值功率 追求更窄的脉宽
调Q技术的目的： 压缩脉冲宽度，提高峰值功率。
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要获得高的超阈度，要求泵浦强，损耗低
峰值光子数密度
250000
超阈度: D
ni nth
ni ni ni ni ni
nth =10 nth =20 nth =30 nth =40 nth =50
片和一块KDP晶体。
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光经过偏振片后成为线偏振光，如果在KDP晶体上 外加λ/4电压，由于泡克尔斯效应，使往返通过晶体 的线偏振光的振动方向改变π/2。 如果KDP晶体上未加电压，往返通过晶体的线偏振 光的振动方向不变。
电光调Q装置示意图
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电光调Q技术分为两个阶段
200000
150000
100000
50000
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
s
光脉冲宽度
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几种激光调Q技术
机械转镜调Q
分 类
电光调Q技术
主动式调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
声光调Q技术
染料调Q技术
被动式调Q方法
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激光调Q原理
脉冲固体激光器的输出特性
将普通脉冲固体激光器输出的脉冲用示波器进行观察、记录，发现其波 形并非一个平滑的光脉冲，而是由许多振幅、脉宽和间隔作随机变化的尖峰 脉冲组成的，如图(a)所示。图(b)所示为观察到的红宝石激光器输出的尖峰。
这种现象称为激光器驰豫振荡。
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激光调Q技术
刘强 11721442
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content
概述
激光调Q技术原理
几种激光调Q技术
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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。
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。
电光调Q技术特点
1.有较高的动态损耗（９９％）和插入损耗（１５％）
9 10 2.开关速度快，同步性能好。开关时间可以达到 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
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。
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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。 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。