第2章调Q技术b
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调Q(Q开关)技术.
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
dn 2 n1Wp n 2 A s n 21 dt d 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。
d n 2n 2 Wp dt
(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：
d n 2n 21 dt d n 21 dt
d d dt >0, 而且 dt 大好。
（3）激光器的时序关系 电光Q开关的过程由晶体上加一阶跃式电压来完成的。 是快开关，因此时序关系同阶跃式Q开关。 （4）电光晶体Q开关的电路 要获得一高峰值功率的窄脉冲，对同步电路的要求是： a ．给出可靠的触发信号去点燃氙灯。 b．在点燃氙灯的同时，给出一脉冲信号经过一段延迟时 间后，退去晶体上的电压，打开Q开关。延迟时间可靠、 准确、可调。 c．退电压要快——开关速度快。 d．晶体上加 V 电压，要求稳定可调。 2 e．保证Q开关关的及时。
n =- n
c r
d n ' n n ' n ' n ' ( 0 ln ) nt nt n0
上面积分，由于含有对数项，不易直接 求得解析解，只能 用数值积分法求得的数值解。 n 3．参量 n 的影响 n 越大，则峰值功率、输出的能量越大、脉冲宽度越 n 窄，说明调Q的效果越好。
此阶段主要是产生光子。要使光子增长的快
从光子的速率方程可以看出，在激光形成阶段，光子 的损耗下降的快慢对激光形成是有影响的，δ下降的快， 有利于激光的形成。
调Q(Q开关)的技术
速率方程的求解
d 1 nt ( 1) d n 2 n m 1 nt nt 0 d 2 ni ( n 1)d n nt 1 m [ni nt nt ln( )] 2 ni nt m 4 ni 1 nt
2
调Q脉冲的峰值功率
P hv n (ni n nt ln ) 2tc ni n hv (ni nt nt ln t ) 2tc ni
Pm P
1 ni hv 2 tc
调Q脉冲的能量及能量利用率
1 E (ni n f )h V 2 ni n f n f ni exp[ ( 1)] nt ni n f ni exp( n f ni nt )
2、器件的设计 声光器件设计的关键是合 理地确定超声柱的尺寸 换能器与声光介质的粘结 工艺也是十分重要的问题
超声场尺寸
声光器件的工作方式 声光器件结构形式
3、器件的结构形式
声光调Q器件典型结构
4、驱动声功率的确定
I1 1 2 v 1 sin ( ) (1 cos v) Ii 2 2 v 2L v M 2 Ps H 1 H Ps 2 L 1 2 M2
调Q脉冲的时间特性
nt dt d n 2n t
n ni
d n 0 1 ni n n 2n [ ( ln )] nt 2 nt nt ni d n ni n n n( ln ) nt nt ni
双45°晶体实际出射光斑情况
单块单 45°电光开关 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 45°Q开关相当于带一个偏振器的Q 开关。
激光调Q演示文稿16页
★发展阶段 此后，量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构 及运动规律有了更深入的认识，微观粒子的能级分布、跃迁和光 子辐射等问题也得到了更有力的证明，这也在客观上更加完善了 爱因斯坦的受激辐射理论，为激光器的产生进一步奠定了理论基 础。20世纪40年代末，量子电子学诞生后，被很快应用于研究电 磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用，并研制出许多相应的器 件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光器的发明创造了条 件。 如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒 子数，就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发， 就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子， 这两个光子又会引发其他原子受激辐射，这样就实现了光的放大； 如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡，从而发射出激 光。这就是激光器的工作原理。1951年，美国物理学家珀塞尔和 庞德在实验中成功地造成了粒子数反转，并获得了每秒50千赫的 受激辐射。稍后，美国物理学家查尔斯·汤斯以及苏联物理学家 马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激辐射原理 来产生和放大微波的设计。
激光器能发射激光的装置，英文名laser，全拼Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation。
1.1.2激光器原理
除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，产生激 光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少 的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。 激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转 创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作 介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。激光器中 常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（ 见光学谐振腔）并非必不可少 的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从 而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质 的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模）， 所以一般激光器都具有谐振腔。
调Q技术
调Q基本原理
如图所示：
调Q激光器的特点 • 1. 通过改变改变Q值——改变阈值，控制激光产生的时间。 • 2. 两阶段 （1）储能阶段（延迟时间） 反转粒子数达最大值。 （2）激光产生输出。 忽略泵浦和自发辐射的影响。 • 3. 开关时间 从Q值最小变到最大Q值即损耗从最大变到最小需要 的时间叫开关时间。 开关时间对激光脉冲的影响很大，按开关时间的大小 分为快、慢两种类型。
的变化。谐振腔的损耗一般包括有：反射损耗、衍射损耗、吸收损耗等。那么，我们用不同的
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。有电光调Q技术，声光调Q技术，染 料调Q技术等。 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。 三方面： （1）Q开关函数是理想的阶跃函数 （2）能级结构为二能级系统，Q开关打开前，忽略自发辐射，打开后光泵停止。 （3）只研究Q值阶跃后的脉冲形成过程。
激光调Q技术
主要知识要点
• 脉冲激光器工作原理 • Q调制技术原理 • Q调制技术
调Q技术原理
• 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 ，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，此时反转粒子数大大超过阈值，受激辐射极为迅速 地增强； • 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。
n d n dt Wp ntot n c 2 d n c dt c
4.6激光调Q技术2015-2016(2)
0 dt
Q 2 w 2 P a总
v
c
n阈
g A21
2 v
Q
调节Q值的途径 ：一般采取改变腔内损耗的办法来调节腔内的Q值
4.6.2 调 Q原理
一、 . 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弛豫振荡。（特点：脉宽比较宽，输 出功率低 ）
图2 腔内光子数和粒子反转数随时间的变化
第一阶段(t1一t2)：激光振荡刚开始时，△n＝ △n阈， Φ ＝0；由于 光泵作用， △n继续增加，与此同时，腔内光子数密度Φ也开始增 加，由于Φ的增长而使△n减小的速率小于泵浦使△n 增加的速率， 因此△n一直增加到最大值。
第二阶段(t2一t3) ： △n 到达最大值后开始下降， 但仍然大于△n阈 ，因此 Φ 继续增长，而且增长 非常迅速，达到最大值。
E2
E1
产生弛豫振荡的主要原因：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，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，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
2
0
谐振腔内储存的能量 单位时间损耗的能量
2
0
w dw
dt
I
I0
exp(a总z)
I0
exp
a总c
t
I (t)
N (t)h 0
LASER激光器的调Q技术专讲..
当声波在某些介质中传播时,该介质会产生与声波信号相应的、随时间和空间 周期变化的弹性形变,从而导致介质折射率的周期变化,形成等效的位相光栅,其光
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
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
第2章调Q(Q开关)技术
Devices杜晨林深圳大学电子科学与技术学院第二章调Q（Q开关）技术技术和锁模技术是获得高峰值功率窄脉宽激⏹调Q技术和锁模技术是获得高峰值功率、窄脉宽激光脉冲的常用技术；Q术获得秒宽⏹调技术一般可以获得纳秒量级脉宽、MW（106W）量级峰值功率的激光脉冲；⏹锁模技术一般可以获得皮秒、飞秒脉宽，峰值功率可达TW（1012W）量级。
调技术的基本概念和基本论主要内容一、调Q 技术的基本概念和基本理论二、实现调Q 技术的方法：1.电光调Q ；2.声光调Q ；3.可饱和吸收调Q ；4.转镜调Q 。
212.1 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。
⏹现在，欲要获得峰值功率在兆瓦级(106w)以上，脉宽为纳秒级(10-9s)的激光脉冲已并不困难。
Q开关技术拓宽了激光器的应用领域⏹Q开关激光脉冲非常强的相干辐射光与物质相互作用，产生了一系列具有重大意义的新现象和新作用产生了系列具有重大意义的新现象和新技术如非线性光学的出现；技术，如非线性光学的出现；⏹Q开关激光脉冲非常短的脉冲宽度也推动了诸如激光测距、激光雷达、高速全息照相等应用技术的发展。
的发展2112.1.1 脉冲固体激光器输出的弛豫振荡将普通脉冲固体激光器（如闪光灯泵浦激光器）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。
每个尖峰的宽度约为0.1～1μs，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。
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弛豫振荡。
产生弛豫振荡的主要原因腔内光子数和粒子反转数随时间的变化产生弛豫振荡的主要原因：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，而发射激光。
调Q技术
《激光原理与技术》 激光技术部分
调Q技术
1
§2.1概述
▪ 调Q技术是将一般输出的连续或脉冲激光能量压缩到宽度极 窄的脉冲中发射，从而是光源的峰值功率可以提高几个数 量级的一种技术。
➢ 非线性光学：强相干光与物质相互作用 ➢ 激光医学、激光加工：需要高功率、窄脉宽激光光源。 ➢ 激光测距、雷达：提高测量精度。
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
s 0.06
§2.2调Q激光器的基本理论
▪ 调Q的关键参量
➢ 超阈度 D ni
nth
D
Pmm
E
t
在t
d
dt
0要附(获近nn得， th 高1n)的c超n阈i 度， 要求0e(泵nnth浦1)强ct ，损D 耗低t。D
➢ Q开关时间ts
δ由高损耗变到低损耗实际
§2.4声光调Q方法
§2.5被动调Q方法
▪ 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。
图中Lc, 为激光介质和可饱和吸收体的几何长度，L为谐振腔的几何长度。
Q脉冲建立，没有输出损耗， 。
ur
uur
uur
uur
3 m ,V 0 : K P1 Ex (P波) EO0 Ex (P波) P2 Ex (P波) A
巨脉冲输出
tPTM
2L c
思考：P1⊥P2光路及调Q过程如何？
§2.3电光调Q方法
▪ PTM方式
➢ λ/4波片式
1 V V/u4r:
0.8
0.6
调Q技术
1
§2.1概述
▪ 调Q技术是将一般输出的连续或脉冲激光能量压缩到宽度极 窄的脉冲中发射，从而是光源的峰值功率可以提高几个数 量级的一种技术。
➢ 非线性光学：强相干光与物质相互作用 ➢ 激光医学、激光加工：需要高功率、窄脉宽激光光源。 ➢ 激光测距、雷达：提高测量精度。
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
s 0.06
§2.2调Q激光器的基本理论
▪ 调Q的关键参量
➢ 超阈度 D ni
nth
D
Pmm
E
t
在t
d
dt
0要附(获近nn得， th 高1n)的c超n阈i 度， 要求0e(泵nnth浦1)强ct ，损D 耗低t。D
➢ Q开关时间ts
δ由高损耗变到低损耗实际
§2.4声光调Q方法
§2.5被动调Q方法
▪ 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。
图中Lc, 为激光介质和可饱和吸收体的几何长度，L为谐振腔的几何长度。
Q脉冲建立，没有输出损耗， 。
ur
uur
uur
uur
3 m ,V 0 : K P1 Ex (P波) EO0 Ex (P波) P2 Ex (P波) A
巨脉冲输出
tPTM
2L c
思考：P1⊥P2光路及调Q过程如何？
§2.3电光调Q方法
▪ PTM方式
➢ λ/4波片式
1 V V/u4r:
0.8
0.6
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n ( nth
1)c
t
e(
n nth
1)c
t
0
D
tD
要获得高的超阈度，要求泵浦强，损耗低。
Q开关时间ts
δ 由高损耗变到低损耗实际
所需时间是开关时间ts。 Ts<td时，Q脉冲的参数与
理想阶跃开关相同，
只不过脉冲建立时间由ts延迟。 Ts>td时，Q脉冲参数变差。 Ts<td为快开关。 Ts>td为慢开关。 td是特征时间，与Δ ni/Δ nth有关。
uur
uur
M1 K P Ex (P波) EO/2(圆偏振光)M2 (圆偏振光)EO/2 Ey (S波) A
不能通过P,T 0, 激光不能振荡，ni
2V 0:
ur
uur
uur
uur
uur
M1 K P Ex (P波) EO0 Ex (P波) M2 Ex (P波) EO0 Ex (P波) P M1
当n nth时 max
4
t3时刻
t4时刻：pnumpnt受h 激辐射
受激辐射 n nmin
pump 受激辐射 n 5 t4时刻 t5时刻：n nth
当n nth时 min ,开始新的循环
2
2
t 1ms L 150km
t 1s L 150m
t 1ns L 150mm
t 1ps L 150m
激光脉冲的分类
ms
长脉冲 ct 300km
ms s 脉冲
100ns ns 短脉冲
100 ps fs 超短脉冲
§2.1概述
调Q技术是将一般输出的连续或脉冲激光能量压缩到 宽度极窄的脉冲中发射，从而是光源的峰值功率可 以提高几个数量级的一种技术。
非线性光学：强相干光与物质相互作用 激光医学、激光加工：需要高功率、窄脉宽激光光源。 激光测距、雷达：提高测量精度。
2L ct L c t L c t
对泵浦源的要求
泵浦光的脉宽和工作物质的上能级寿命要匹配。
对Q开关控制电路的要求
开关速度要快，控制要精确。
§2.4声光调方法
机理
在激光谐振腔内，利用声光调制器作为Q开关。 声光调制器的1级光为腔内损耗，0级光为激光振荡。
结构
调Q过程
声光调制器调制信号为
1
fs ~ 21
§2.1概述
激光器的弛豫振荡
过程分析：
1
0时刻
t1时刻：npumpnth n
0
2 t1时刻 t2时刻：npumnpth受激辐射受激辐n射
pump 受激辐射 n
3 t2时刻 t3时刻： n nth
Ex E9O0o Ey T 100%, 光路导通，Q值高，
退
压
uur
uPu1r / / P2 X
V V/2 Ex E9O0o Ey T 0, 光路断,Q值低，ni
式 V
0
R
P1
EO
P2
T
100%,光路导通，Q值高，
增加泵浦功率只能减少
尖峰的间隔，增加尖峰频率，
不能减少激光脉宽，也不能
增加激光器的峰值功率
§2.1概述 定义Q
0
腔内存储的能量 单位时间损耗的能量
0
W W
2 nL L 0
nL / c
调Q品Q基质本因0 原数WddW理Qt 值（的W一定(t)）义 W0e
0 Q
(0)
ni nth n2 As' 0
提高初始反转粒子数 与阈值反转粒子数 的提高
之比，有利于腔内最大光子数
§2.2调Q激光器的基本理论
调Q速率方程的求解
光子数密度与反转粒子数密度关系
1 2
ni
n
nth
ln
n ni
峰值光子数密度
Q脉冲建立，没有输出损耗， 。
ur
uur
uur
uur
3 m ,V 0 : K P1 Ex (P波) EO0 Ex (P波) P2 Ex (P波) A
巨脉冲输出
tPTM
2L c
§2.3电光调Q方法
PTM方式
λ /4波片式
1 V V/u4r:
《激光技术》
调Q技术
1
§2.1概述
工作在弛豫振荡模式下的脉冲激光器峰值功率低，脉 宽宽（0.1-1us），而且振幅、脉宽和脉冲间隔（数微 妙，脉冲序列长度与闪光灯的持续时间相等）是随机 变化的。
测不准原理： 1
因为固体激光工作物质的谱线宽度比较宽，所以可以 进一步压缩脉冲宽度，获得短脉冲技术已经成为激光 技术最重要的组成部分之一，并且已经形成了以调Q技 术、锁模技术和啁啾技术为代表的一个独特的学科领 域。获得峰值功率在兆瓦级以上，脉宽为纳秒级的激 光脉冲已并不困难！
可饱和吸收体：I T 与I负相关
lim ,T 0
I 0
0
1 I Is
调Q过程
lim 0,T 100%
I
当腔内光强很弱的时候，调Q片的α ↑，T↓，Q值↓，δ ↑。 随着泵浦强度增加，Δ n不断增长，腔内光强在自发辐射作用 下逐渐增长，当I→Is时，α ↓，δ ↓。在正反馈作用下， φ ↑→α ↓→φ ↑→α ≈0，激光振荡形成，Q脉冲输出， φ ↓→α ↑,开始新的循环。
上述方法称为PRM方式调Q，在建立Q脉冲过程中，边振荡边 输出，Q脉冲宽度在10ns左右。
§2.3电光调Q方法
§2.3电光调Q方法
§2.3电光调Q方法
PTM方式
由两个全反镜组成谐振腔 λ /2波片式
ur
uur
uur
uur
1 V 0 : K P1 Ex (P波) EO0 Ex (P波) P2 Ex (P波) A
0 2ns
0 2ns
fs
ks 2k
s G单程 M2，L/H,Ps→PE
Q开关时间 d / s
输出特性
WE不变：fs增大， PM减小，P增大；
fs不变：WE增大， PM增大，Δ t减小；
声光PTM激光器
调Q激光器的动静比：调Q时的平均功率与不调Q的连 续激光功率的比值。当调制频率很高时（大于10KHz ，动静比接近于1。）
§2.3电光调Q方法
λ /4波片式：起偏与检偏合二为一
uur
uur
V V/4 Ex P EO/2T EO/2 P Ey T 0, 光路断,Q值低，ni
uur
uur
V 0 Ex P EO 0T EO 0 P Ex T 100%, 光路导通，Q值高，
§2.3电光调Q方法
机理
在激光谐振腔内，利用电光调制器作为Q开关。 开关时间在ns量级。 调Q时间可以精确控制。
方法
λ /2波片式
加 压
式 V
V V /2
X / / P1 P2 / /Y
0
R uur
P1 EOuurP2 T
0, 光路断,Q值低，ni
调Q过程自动完成，非人为控制，属于被动式。
§2.5被动调Q方法
饱和吸收体的速率方程
采用二能级模型 h [B12n1 B21n2 ] / c
在fm的作用下，轴向光线受Bragg衍射作用，以 2n
衍射出腔外，这时要求s G单程 。激光不振荡。
B
角度被
在fs的调制下，消除了Bragg衍射作用，激光振荡建立，产 生Q脉冲。
§2.4声光调方法
§2.4声光调方法
参量设计
Bragg判据 L 2L0
Bragg公式
sin B
过程，受激辐射其主要作用，可以忽略泵浦过程和自发辐
射过程。同时令激光器在Q值突变之前处于高阈值状态，反
转粒子数不断积累，假设Q值是阶跃式变化，则在Q值突变
时刻定为零时刻，给出下面的方程：
dn
dt
2
n nth
c
d
dt
( n nth
1) c
n(0)
n f ni
1 e nth
ni
Q脉冲宽度
ni :1.649 7.389 前沿变窄8倍，后沿变窄2倍 nth
§2.2调Q激光器的基本理论
调Q的关键参量
超阈度 D ni
nth
D
Pmm
E
在t d dt
0附近，n ni
§2.1概述
实现调Q对激光器的要求
工作介质抗损伤阈值要高。
上能级寿命要比较长
泵浦过程使上能级粒子增加，在没有产生受激辐射的情况下， 自发辐射使上能级粒子减少，当两者平衡时就是上能级能够积 累的最大粒子数。
n2 2
W
p
n2
W
p 2
泵浦速度必须快于激光上能级的自发辐射速率。
Q脉冲建立，没有输出损耗， 。
3 V Vu/r4 :
uur
uur
M1 K P Ex (P波) EO/2(圆偏振光)M2 (圆偏振光)EO/2 Ey (S波) A