调Q光纤激光器结构示意图和MOPA光纤激光器结构示意图审批稿
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。
《光纤激光器》课件
光纤激光器市场规模持续增长 应用领域不断扩展，如医疗、通信、军事等 技术不断进步，如高功率、高亮度、高稳定性等 市场竞争加剧，国内外企业竞争激烈
工业制造：广泛应用于切割、焊接、打标等领域 医疗领域：用于手术、诊断、治疗等 科研领域：用于科学研究、实验等 通信领域：用于光纤通信、光传输等 军事领域：用于激光武器、激光制导等 环保领域：用于污染治理、资源回收等
频率调制是指通过改变激光 器的频率来改变其输出功率
光纤激光器的调制特性包括频 率调制、相位调制和强度调制
相位调制是指通过改变激光 器的相位来改变其输出功率
强度调制是指通过改变激光 器的强度来改变其输出功率
光纤激光器具有较高的抗电磁 干扰能力
光纤激光器对环境温度和湿度 的变化不敏感
光纤激光器可以工作在恶劣的 环境中，如高温、高压、高湿 度等
特点：高效、稳定、长寿命
作用：产生激光
组成：由两个反射 镜和一个增益介质 组成
工作原理：通过反 射镜的反射和增益 介质的放大，形成 稳定的激光输出
特点：具有高稳定 性和高效率
光纤：传输激光信号 激光器：产生激光信号
光束整形器：调整激光束的形状和方向
光束传输系统：将激光信号传输到目标 位置
控制系统：控制激光器的输出功率和频 率
激光制导武器：利 用光纤激光器进行 精确制导，提高打 击精度
激光通信：利用光 纤激光器进行远距 离、高速率的通信 传输
激光雷达：利用光 纤激光器进行目标 探测和跟踪，提高 探测精度和距离
激光武器：利用光 纤激光器进行高能 激光武器研发，提 高武器威力和射程
激光手术：用于眼 科、皮肤科、耳鼻 喉科等手术
PART THREE
材料：稀土离子掺杂光纤
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
光纤激光器原理与结构
与固体、气体激光器相比：能量转 换效率高、结构紧凑、可靠性高、适合 批量生产；
与半导体激光器相比：单色 性好，调制时产生的啁啾和畸变小，与 光纤耦合损耗小。
1.双包层 光纤激光器 双包层掺杂光纤的构形如下图所示
下面介绍几种不同几何结构的双包层光 纤，其结构如下图所示：
保护层 外包层 内包层 纤芯
圆形内包层双包层 光纤横剖面
D型内包层双包层 光纤横剖面
偏心型内包层 双包层光纤横剖面
保护层 外包层 内包层 纤芯
星型内包层 双包层光纤横剖面
正方形内包层 双包层光纤横剖面
长方形内包层 双包层光纤横剖面
圆形、偏心、D形、矩形内包层的双包层光纤吸收效率比较
1987年YABLONOVITCH和JOHN最早提出了光子晶体 （Photonics crystal)概念，1992年RUSELL等人得出了光子 晶体光纤（PCF）概念，在石英光纤中沿轴向均匀排列着 空气孔，从横截面上看二维的周期结构，孔的中间存在着 一个缺陷，光就被限制在这个缺陷中传播。通过控制PCF 的空气孔的排列和大小，可以实现不同的光传输出特性。
内包层 光纤芯
保护层 泵浦光 外包层
激光输出
双包层掺杂光纤由纤芯、内包层、外包层 和保护层四个层次组成。内包层的作用：一是 包绕纤芯，将激光辐射限制在纤芯内；二是将 泵浦光耦合到内包层，使之在内包层和外包层 之间来回反射，多次穿过单模纤芯被其吸收。
在双包层结构中，泵浦光的吸收率和内包 层的几何形状和纤芯在包层结构中的位置有关。 此外，泵浦光被掺杂稀土离子的吸收率正比于 内包层和外包层的面积比。
激光调q技术》ppt课件模板
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
6 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。
既然激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，那
图(a)表示泵浦速率Wp随时间 的变化；
图(b)表示腔的Q值是时间的阶 跃函数(蓝虚线)；
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。
On the evening of July 24, 2021
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2
0 2
在泵浦过程的大部分时间里谐振
内转变为受激辐射场的能量， 结果产生了一个峰值功率很 高的窄脉冲。
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On the evening of July 24, 2021
2 0
（2） 两阶段
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2 ①储能阶段（延迟时间）反转粒子数达最大值 。
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7 调Q脉冲的建立有个过程，当Q值阶跃上升时开始振荡，在t=t0振荡开始建立 /2至以后一个较长的时间过程中，光子数Φ增长十分缓慢，如图3所示，其值始终
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/ 7
一、电光晶体调Q原理
/ 2
▪ 1. 电光Q开关原理。
6
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
（1）第一阶段：积累阶段
电光调Q激光器如图所示。未加电场前晶体的折射率主轴为z、y、z。沿晶体
光纤激光器
光纤激光器1、激光器基本结构激光器由三部分组成：泵浦源、增益介质、谐振腔。
图1 激光器基本结构示意图1.1 原子能级间受激吸收与受激辐射E 1E 2E 1E 2受激吸收E=E 1-E 2E1E 1E 2E 2E=E 1-E 2受激辐射E=E 1-E 2E=E 1-E 2图2 受激吸收与受激辐射示意图受激吸收为在能量为E 入射光子的作用下，处在低能级E 1的粒子吸收能量E 跃迁到高能级E 2的过程。
受激辐射为在入射的能量为E 的光子的作用下，处在高能级E 2的粒子受激发，跃迁到低能级E 1，同时辐射出与入射光子E 状态相同的光子的过程。
1.2 激光产生过程如图1，激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔组成。
增益介质为主要产生激光的工作物质。
由于粒子处在低能级比处在高能级稳定，因此通常情况下，物质粒子按照玻尔兹曼分布规律分布，即高能级粒子比低能级粒子少。
泵浦源为增益介质提供能量，使增益介质中的低能级粒子吸收能量，受激吸收，向高能级跃迁，使高能级处粒子数高于低能级粒子数，这种分布规律称为粒子数反转分布，使增益介质中积累了大量能量。
当有高能级粒子向低能级自发跃迁并释放出光子时，大量高能级粒子在初始光子作用下受激辐射，释放出大量状态相同，即波长相同、能量相同、方向相同、偏振态的光子。
这种在泵浦源与增益介质共同作用下使初始光子通过受激辐射效应放大而产生的光即为激光。
对特定波长激光全反射的输入镜与对该波长激光部分反射的输出镜构成光学谐振腔。
谐振腔主要有两方面作用：一是提供轴向光波的光学正反馈；二是控制激光震荡模式特性。
由于输出镜具有部分反射率，它可以使通过增益介质放大的光一部分通过透镜射出腔外，获得我们需要的特定波长的激光，另一部分反射回谐振腔，再由于输入镜对激光具有全反率，从而使轴向光波在谐振腔中往返传播，多次通过激活介质，在腔内形成稳定的自激振荡。
由于谐振腔镜只对特定波长的光镀全反射膜和部分反射膜，因此只有特定波长的光能产生自激震荡。
光纤激光器.doc
光纤激光器1、激光器基本结构激光器由三部分组成：泵浦源、增益介质、谐振腔。
图1 激光器基本结构示意图1.1 原子能级间受激吸收与受激辐射E 1E 2E 1E 2受激吸收E=E 1-E 2E1E 1E 2E 2E=E 1-E 2受激辐射E=E 1-E 2E=E 1-E 2图2 受激吸收与受激辐射示意图受激吸收为在能量为E 入射光子的作用下，处在低能级E 1的粒子吸收能量E 跃迁到高能级E 2的过程。
受激辐射为在入射的能量为E 的光子的作用下，处在高能级E 2的粒子受激发，跃迁到低能级E1，同时辐射出与入射光子E状态相同的光子的过程。
1.2激光产生过程如图1，激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔组成。
增益介质为主要产生激光的工作物质。
由于粒子处在低能级比处在高能级稳定，因此通常情况下，物质粒子按照玻尔兹曼分布规律分布，即高能级粒子比低能级粒子少。
泵浦源为增益介质提供能量，使增益介质中的低能级粒子吸收能量，受激吸收，向高能级跃迁，使高能级处粒子数高于低能级粒子数，这种分布规律称为粒子数反转分布，使增益介质中积累了大量能量。
当有高能级粒子向低能级自发跃迁并释放出光子时，大量高能级粒子在初始光子作用下受激辐射，释放出大量状态相同，即波长相同、能量相同、方向相同、偏振态的光子。
这种在泵浦源与增益介质共同作用下使初始光子通过受激辐射效应放大而产生的光即为激光。
对特定波长激光全反射的输入镜与对该波长激光部分反射的输出镜构成光学谐振腔。
谐振腔主要有两方面作用：一是提供轴向光波的光学正反馈；二是控制激光震荡模式特性。
由于输出镜具有部分反射率，它可以使通过增益介质放大的光一部分通过透镜射出腔外，获得我们需要的特定波长的激光，另一部分反射回谐振腔，再由于输入镜对激光具有全反率，从而使轴向光波在谐振腔中往返传播，多次通过激活介质，在腔内形成稳定的自激振荡。
由于谐振腔镜只对特定波长的光镀全反射膜和部分反射膜，因此只有特定波长的光能产生自激震荡。
创鑫激光 MFP 声光调 Q 光纤激光器使用手册说明书
100W-300W 声光调Q 光纤激光器深圳市创鑫激光股份有限公司使用手册版权说明此用户手册版权为深圳市创鑫激光股份有限公司（以下简称“创鑫激光” ）所有，创鑫激光保留所有权。
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1公司简介深圳市创鑫激光股份有限公司成立于2004年，是国内首批成立的光纤激光器制造商之一，也是国内首批实现在光纤激光器、光学器件两类核心技术上拥有自主知识产权并进行垂直整合的国家高新技术企业之一。
公司现已发展成为国际知名的光纤激光器及核心光学器件研发、生产和销售为一体的激光器厂商，是国内市场销售额排名第二的国产光纤激光器制造商。
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调Q光纤激光器结构示意图和M O P A光纤激光
器结构示意图
YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】
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调Q光纤激光器和普通的调Q激光器一样，都是在激光谐振腔内插入Q开关器件，通过周期性改变腔损耗，实现调Ｑ激光脉冲输出。
Ｑ开关是被广泛采用的产生短脉冲的激光技术之一。
现状：
调Q光纤激光器在许多领域都有着广泛应用，大功率是调Q光纤激光器的一个发展方向。
全光纤化也是调Ｑ光纤激光器发展的一个重要趋势，人们陆续研发出一些全光纤的Q开光来代替传统的声光与电光调制器，大大地降低了激光器的插入损失。
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用于光纤激光器的调Ｑ技术大致可以分为光纤型调;和非光纤型调Ｑ两类。
非光纤型调Ｑ有光调Ｑ、电光调Ｑ、机械转镜调Ｑ和可饱和吸收体调Ｑ等。
非光纤型调Ｑ：
1.声光调Q激光器：
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2.电光调Q激光器：
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3.可饱和吸收体调Q激光器：
光纤型调Q装置
光纤型调Q装置有光纤迈克尔逊干涉仪调Q、光纤马赫
一曾特尔干涉仪调Q和光纤中的受激布里渊散射（ＳＢＳ）调Ｑ光纤激光器等。
下面介绍混合调Q和脉冲泵浦受激布里渊散射混合调Q光纤激光器。
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混合调Q光纤激光器
如图所示
得到了峰值功率，脉宽2m的脉冲激光输出。
实验中选用掺钕双包层光纤作增益介质，光纤长,纤芯直径,数值孔径。
内包层为矩形结构,截面尺寸150um*75um。
泵源为800nm、3w激光二极管，有60%的泵光祸合到内包层中。
系统由一个全反镜和一个二向色镜构成驻波谐振腔。
在双包层光
纤的输出端接几米长的单模光纤,实现调Q ,得到纳秒量级的激光脉冲。
在腔内插人一声光调制器(AQM),使激光脉冲重复频率在范围内可调。
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脉冲泵浦和受激布里渊散射混合调Q :
在线形腔双包层光纤激光器中,用脉冲泵浦和SBS混合调Q 。
如图所示
泵浦源为多模半导体激光器（LD），带有800um的输出
尾纤,数值孔径,输出中心波长?,
有连续和脉冲两种运转方式。
多模半导体激光器通过合适的光学藕合系统
泵浦掺Yb 的双包层光纤。
增益光纤纤芯直径为7um,作为泵浦光通道的内包层为一矩形结构(125*125um),外面涂一层硅橡胶作为外包层。
对于激光纤芯的数值孔径为，,对于泵光内包层的数值孔径为。
由于双包层光纤特殊的结构,不仅使得多模半导体激光器可以作为泵浦源,而且大大提高了泵浦效率。
二相色镜（976nm透过率%,1064nm反射率%）作为激光器的一个腔镜置于泵浦端。
双包层光纤的另一端接一段（几米）单模通信光纤。
利用单模光纤中的背向受激Brillouin散射提供腔反馈, 同时实现调Q。
实验得到重复频率可调（1KHz-10KHz）、
峰值功率大于10kw和脉宽小于2ns的激光脉冲。
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发展：
在现代的光纤通信系统中高峰值功率、窄脉冲宽度的调; 光纤激光器起着举足轻重的作用, 特别是调; 光纤激光器的全光纤化更加速了现代光纤通信网的飞速发展。
另外附上MOPA光纤激光器结构示意图
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调Q光纤激光器和普通的调Q激光器一样，都是在激光谐振腔内插入Q开关器件，通过周期性改变腔损耗，实现调Ｑ激光脉冲输出。
Ｑ开关是被广泛采用的产生短脉冲的激光技术之一。
现状：
调Q光纤激光器在许多领域都有着广泛应用，大功率是调Q光纤激光器的一个发展方向。
全光纤化也是调Ｑ光纤激光器发展的一个重要趋势，人们陆续研发出一些全光纤的Q开光来代替传统的声光与电光调制器，大大地降低了激光器的插入损失。
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用于光纤激光器的调Ｑ技术大致可以分为光纤型调;和非光纤型调Ｑ两类。
非光纤型调Ｑ有光调Ｑ、电光调Ｑ、机械转镜调Ｑ和可饱和吸收体调Ｑ等。
非光纤型调Ｑ：
1.声光调Q激光器：
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2.电光调Q激光器：
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3.可饱和吸收体调Q激光器：
光纤型调Q装置
光纤型调Q装置有光纤迈克尔逊干涉仪调Q、光纤马赫
一曾特尔干涉仪调Q和光纤中的受激布里渊散射（ＳＢＳ）调Ｑ光纤激光器等。
下面介绍混合调Q和脉冲泵浦受激布里渊散射混合调Q光纤激光器。
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混合调Q光纤激光器
如图所示
得到了峰值功率，脉宽2m的脉冲激光输出。
实验中选用掺钕双包层光纤作增益介质，光纤长,纤芯直径,数值孔径。
内包层为矩形结构,截面尺寸150um*75um。
泵源为800nm、3w激光二极管，有60%的泵光祸合到内包层中。
系统由一个全反镜和一个二向色镜构成驻波谐振腔。
在双包层光
纤的输出端接几米长的单模光纤,实现调Q ,得到纳秒量级的激光脉冲。
在腔内插人一声光调制器(AQM),使激光脉冲重复频率在范围内可调。
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脉冲泵浦和受激布里渊散射混合调Q :
在线形腔双包层光纤激光器中,用脉冲泵浦和SBS混合调Q 。
如图所示
泵浦源为多模半导体激光器（LD），带有800um的输出
尾纤,数值孔径,输出中心波长?,
有连续和脉冲两种运转方式。
多模半导体激光器通过合适的光学藕合系统
泵浦掺Yb 的双包层光纤。
增益光纤纤芯直径为7um,作为泵浦光通道的内包层为一矩形结构(125*125um),外面涂一层硅橡胶作为外包层。
对于激光纤芯的数值孔径为，,对于泵光内包层的数值孔径为。
由于双包层光纤特殊的结构,不仅使得多模半导体激光器可以作为泵浦源,而且大大提高了泵浦效率。
二相色镜（976nm透过率%,1064nm反射率%）作为激光器的一个腔镜置于泵浦端。
双包层光纤的另一端接一段（几米）单模通信光纤。
利用单模光纤中的背向受激Brillouin散射提供腔反馈, 同时实现调Q。
实验得到重复频率可调（1KHz-10KHz）、
峰值功率大于10kw和脉宽小于2ns的激光脉冲。
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发展：
在现代的光纤通信系统中高峰值功率、窄脉冲宽度的调; 光纤激光器起着举足轻重的作用, 特别是调; 光纤激光器的全光纤化更加速了现代光纤通信网的飞速发展。
另外附上MOPA光纤激光器结构示意图。