脉冲激光器分析
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7.2 Q-调制技术
1 电光调Q技术； 2.声光调Q技术；3.被动调Q技术; 4.腔倒空技术
7.3 激光器锁模技术
1 激光锁模原理; 2. 振幅调制主动锁模; 3. 相位调制主动锁模; 4.均匀加宽激光器主动锁模自洽 理论; 5. 被动锁模
-wenku.baidu.com
p68
7.2. Q调制技术
凡能使谐振腔损耗发生突变的元件都能用作Q开关。 常用调Q方法有转镜调Q、电光调Q、声光调Q与饱和吸收调Q等。 前三种方法中谐振腔损耗由外部驱动源控制，称为主动调Q。后一 种方法中，谐振腔损耗取决于腔内激光光强，因此称为被动调Q。 转镜调Q是最早发展的一种调Q方法，但目前已很少使用。本书仅 简要介绍其余三种调Q方法。
-
p68
7.1 Q调制原理
我们在分析脉冲激光器输出尖峰序列的原因时已指出，在泵浦激 励过程中，当工作物质中反转集居数密度 n 增加到阈值时就产生 激光。
当 n 超过 nt 时，随着受激辐射的增强，上能级粒子数大量消 耗，反转集居数 n 迅速下降，直到 n 低于阈值 nt 时，激光振 荡迅速衰减。
然后泵浦的抽运又使上能级逐渐积累粒子而形成第二个激光尖峰。
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
714-2
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
714-3
714-3
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
714-3
714-4
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
为了得到高的峰值功率和窄的单个脉冲，采用了Q调制技术.
Q调制的基本原理是通过某种方法使谐振腔的损耗 (或Q值)按 照规定的程序变化，在泵浦激励刚开始时，先使光腔具有高损耗 H，激光器由于阈值高而不能产生激光振荡，于是亚稳态上的粒 子数便可以积累到较高的水平。
然后在适当的时刻，使腔的损耗突然降低到 ，阈值也随之突 然降低，此时反转集居数大大超过阈值，受激辐射极为迅速地增 强。
721-0
第七章 脉冲激光理论
-
7.1 Q-调制技术
激光原理 陈历学 2011年2月
7.2.1 电光调Q技术
【电光效应】
某些晶体在外加电场作用下，其折射率发生变化，使通过晶体的不 同偏振方向的光之间产生位相差，从而使光的偏振状态发生变化的现 象称为电光效应。 电光晶体中折射率的变化和电场成正比的效应称为普克尔效应， 折射率的变化和电场强度平方成正比的效应称为克尔效应。 电光调Q就是利用晶体的普克尔效应来实现Q突变的方法。 现以最常用的电光晶体之一的磷酸二氘钾 (KD*P) 晶体为例说明其 调Q原理。
如此不断重复，便产生一系列小的尖峰脉冲。
由于每个激光脉冲都是在阈值附近产生的，所以输出脉冲的峰值 功率较低，一般为几十千瓦数量级。
增大输入能量时，只能使尖峰脉冲的数目增多，而不能有效地提 高峰值功率水平。同时，激光输出的时间特性也很差。
711-1
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
711-5
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
7.1.2. 调Q激光器的峰值功率
712-1
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
712-2
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
712-3
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
712-4
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
7.1.3. 巨脉冲的能量
713-1
第七章 脉冲激光理论
激光原理 陈历学 2011年2月
714-3
714-5
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
714-6
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
第七章 脉冲激光基础
7.1Q-调制激光器基本原理
1 Q调制原理 .2. 调Q激光器的峰值功率； 3. 巨脉冲的能量； 7.1.4. 巨脉冲的时间特性
7.1.1.Q调制激光器基本原理
图 7.1-1为调 Q 过程的示意图。
在 t<0 时，损耗为 H ，腔内光子寿命为 H，相应的阈值为
711-3
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
7.1.1.Q调制激光器基本原理
图 7.1-1为调 Q 过程的示意图。 在 t<0 时，损耗为 H ，腔内 光子寿命为 H，相应的阈值为
第七章 脉冲激光基础
7.1Q-调制激光器基本原理
1 Q调制原理 .2. 调Q激光器的峰值功率； 3. 巨脉冲的能量； 7.1.4. 巨脉冲的时间特性
7.2 Q-调制技术
1 电光调Q技术； 2.声光调Q技术；3.被动调Q技术; 4.腔倒空技术
7.3 激光器锁模技术
1 激光锁模原理; 2. 振幅调制主动锁模; 3. 相位调制主动锁模; 4.均匀加宽激光器主动锁模自洽 理论; 5. 被动锁模
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
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第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
713-2
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
7.1.4. 巨脉冲的时间特性
714-1
第七章 脉冲激光理论
于是, 在极短时间内，上能级储存的大部分粒子的能量转变为 激光能量，在输出端有一个强的激光巨脉冲输出。
采用调Q技术很容易获得峰值功率高于兆瓦，脉宽为几十毫微 秒的激光巨脉冲。
本节将简单介绍Q调制技术的原理和基本技术。
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第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
当 t<0 时，泵源激励使反转集居数不断增长，至 t=0 时刻，反
转集居数密度增加到 ni ，但 因 ni < nt ，所以不能产生激光， 此时腔内只有由自发辐射产生的少量光子，光子数密度 Ni 很小
在 t=0 时刻，损耗突然降至 (光子 寿命为 R )，阈值也相应地降至 nt
711-4
第七章 脉冲激光理论
1 电光调Q技术； 2.声光调Q技术；3.被动调Q技术; 4.腔倒空技术
7.3 激光器锁模技术
1 激光锁模原理; 2. 振幅调制主动锁模; 3. 相位调制主动锁模; 4.均匀加宽激光器主动锁模自洽 理论; 5. 被动锁模
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7.2. Q调制技术
凡能使谐振腔损耗发生突变的元件都能用作Q开关。 常用调Q方法有转镜调Q、电光调Q、声光调Q与饱和吸收调Q等。 前三种方法中谐振腔损耗由外部驱动源控制，称为主动调Q。后一 种方法中，谐振腔损耗取决于腔内激光光强，因此称为被动调Q。 转镜调Q是最早发展的一种调Q方法，但目前已很少使用。本书仅 简要介绍其余三种调Q方法。
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7.1 Q调制原理
我们在分析脉冲激光器输出尖峰序列的原因时已指出，在泵浦激 励过程中，当工作物质中反转集居数密度 n 增加到阈值时就产生 激光。
当 n 超过 nt 时，随着受激辐射的增强，上能级粒子数大量消 耗，反转集居数 n 迅速下降，直到 n 低于阈值 nt 时，激光振 荡迅速衰减。
然后泵浦的抽运又使上能级逐渐积累粒子而形成第二个激光尖峰。
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
714-2
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
714-3
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第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
714-3
714-4
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
为了得到高的峰值功率和窄的单个脉冲，采用了Q调制技术.
Q调制的基本原理是通过某种方法使谐振腔的损耗 (或Q值)按 照规定的程序变化，在泵浦激励刚开始时，先使光腔具有高损耗 H，激光器由于阈值高而不能产生激光振荡，于是亚稳态上的粒 子数便可以积累到较高的水平。
然后在适当的时刻，使腔的损耗突然降低到 ，阈值也随之突 然降低，此时反转集居数大大超过阈值，受激辐射极为迅速地增 强。
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第七章 脉冲激光理论
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7.1 Q-调制技术
激光原理 陈历学 2011年2月
7.2.1 电光调Q技术
【电光效应】
某些晶体在外加电场作用下，其折射率发生变化，使通过晶体的不 同偏振方向的光之间产生位相差，从而使光的偏振状态发生变化的现 象称为电光效应。 电光晶体中折射率的变化和电场成正比的效应称为普克尔效应， 折射率的变化和电场强度平方成正比的效应称为克尔效应。 电光调Q就是利用晶体的普克尔效应来实现Q突变的方法。 现以最常用的电光晶体之一的磷酸二氘钾 (KD*P) 晶体为例说明其 调Q原理。
如此不断重复，便产生一系列小的尖峰脉冲。
由于每个激光脉冲都是在阈值附近产生的，所以输出脉冲的峰值 功率较低，一般为几十千瓦数量级。
增大输入能量时，只能使尖峰脉冲的数目增多，而不能有效地提 高峰值功率水平。同时，激光输出的时间特性也很差。
711-1
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
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7.1Q-调制激光器基本原理
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711-5
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
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7.1.2. 调Q激光器的峰值功率
712-1
第七章 脉冲激光理论
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712-2
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
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第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
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7.1.3. 巨脉冲的能量
713-1
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714-5
第七章 脉冲激光理论
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714-6
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第七章 脉冲激光基础
7.1Q-调制激光器基本原理
1 Q调制原理 .2. 调Q激光器的峰值功率； 3. 巨脉冲的能量； 7.1.4. 巨脉冲的时间特性
7.1.1.Q调制激光器基本原理
图 7.1-1为调 Q 过程的示意图。
在 t<0 时，损耗为 H ，腔内光子寿命为 H，相应的阈值为
711-3
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7.1Q-调制激光器基本原理
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7.1.1.Q调制激光器基本原理
图 7.1-1为调 Q 过程的示意图。 在 t<0 时，损耗为 H ，腔内 光子寿命为 H，相应的阈值为
第七章 脉冲激光基础
7.1Q-调制激光器基本原理
1 Q调制原理 .2. 调Q激光器的峰值功率； 3. 巨脉冲的能量； 7.1.4. 巨脉冲的时间特性
7.2 Q-调制技术
1 电光调Q技术； 2.声光调Q技术；3.被动调Q技术; 4.腔倒空技术
7.3 激光器锁模技术
1 激光锁模原理; 2. 振幅调制主动锁模; 3. 相位调制主动锁模; 4.均匀加宽激光器主动锁模自洽 理论; 5. 被动锁模
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
713-2
第七章 脉冲激光理论
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713-2
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
7.1.4. 巨脉冲的时间特性
714-1
第七章 脉冲激光理论
于是, 在极短时间内，上能级储存的大部分粒子的能量转变为 激光能量，在输出端有一个强的激光巨脉冲输出。
采用调Q技术很容易获得峰值功率高于兆瓦，脉宽为几十毫微 秒的激光巨脉冲。
本节将简单介绍Q调制技术的原理和基本技术。
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第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理 陈历学 2011年2月
当 t<0 时，泵源激励使反转集居数不断增长，至 t=0 时刻，反
转集居数密度增加到 ni ，但 因 ni < nt ，所以不能产生激光， 此时腔内只有由自发辐射产生的少量光子，光子数密度 Ni 很小
在 t=0 时刻，损耗突然降至 (光子 寿命为 R )，阈值也相应地降至 nt
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第七章 脉冲激光理论