激光调Q技术讲解
合集下载
激光器的基本技术激光调Q技术讲解课件
的数字通信。
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。
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
3
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。
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
激光调Q技术
（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
（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..
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
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
上海大学材料学院电子系
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。
上海大学材料学院电子系
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
上海大学材料学院电子系
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）
上海大学材料学院电子系
（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 。
上海大学材料学院电子系
电光调Q应用
RTP晶体/RTP Q开关
半导体泵浦激光打标机
上海大学材料学院电子系
上海大学材料学院电子系
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。
上海大学材料学院电子系
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。
上海大学材料学院电子系
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
上海大学材料学院电子系
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
上海大学材料学院电子系
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
上海大学材料学院电子系
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。
上海大学材料学院电子系
激光调Q技术
刘强 11721442
上海大学材料学院电子系
content
概述
激光调Q技术原理
几种激光调Q技术
上海大学材料学院电子系
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。
上海大学材料学院电子系
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。