脉冲激光器分析
超短脉冲激光器的实验及理论研究
超短脉冲激光器的实验及理论研究【摘要】：本文主要针对超短脉冲激光器系统,分别从实验上和理论上对超短脉冲的产生及演变做了较为详细的研究。
根据ABCD矩阵规律,对激光器的稳定工作区域及克尔透镜锁模强度进行数值计算,并完成对激光器最佳像散补偿角的确定和有利于锁模产生的最佳腔参数的选择。
实验上,我们采用Cr~(4+):YAG晶体作为激光增益介质,对连续可调谐及克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器的工作特性做了较为细致深入的研究,并给出了一些有价值的结果。
另外在理论方面,采用修正的高阶复系数Ginzburg-Landau方程作为超短脉冲激光器系统的理论研究模型,对激光器中超短脉冲的演变及稳定性进行数值模拟,并给出了稳定解以及它们存在的参数限制条件。
最后,针对五次复系数Ginzburg-Landau方程几种特殊孤波解,简要地研究了三阶色散对这些孤波传输的影响以及它们的相邻相互作用及其抑制。
本文主要内容及结果如下:1)利用ABCD矩阵法对Cr~(4+):YAG激光器的谐振腔进行了数值计算,从而得到谐振腔的最佳像散补偿角和最佳模式匹配参数;并从理论上讨论了谐振腔参数的选择对激光器稳定区域的影响。
实验上,当泵浦功率为8w时,得到了高达580mw的连续光输出;采用棱镜作为调谐元件,实现了连续可调谐范围达160nm的连续可调谐运转,这样的结果在国内尚属首例。
2)利用克尔介质的非线性ABCD传输矩阵公式,分析克尔透镜锁模灵敏度δ在KLM激光器中的重要作用及其与谐振腔参数之间的关系,并结合我们实验中所用的四镜像散补偿腔,得到了有利于锁模产生的参数范围。
采用棱镜对进行色散补偿,同时采用半导体可饱和吸收镜作为克尔透镜锁模的启动元件,实现了Cr~(4+):YAG激光器的锁模运转,并得到了谱线展宽约为37nm,中心波长位于1520nm的锁模脉冲。
这样的克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器在国内还是首例。
3)首次给出了描述超短脉冲激光器系统中脉冲演化,且同时包含了三阶色散、非线性色散、自陡峭以及拉曼自频移等高阶效应和快、【关键词】：超短脉冲克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器理论模型【学位授予单位】：山西大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2005【分类号】：TN248【目录】：摘要9-11ABSTRACT11-13第一章引言13-28§1.1超短脉冲激光器的发展历史14-15§1.2自锁模激光技术的发展概述15-19§1.3超短脉冲激光器的理论研究进展19-21§1.4Cr~(4+)：YAG激光器的研究进展21-22§1.5本文主要内容22-24参考文献24-28第二章连续可调谐的Cr~(4+)：Y AG激光器28-40§2.1Cr~(4+)：YAG晶体特性28-30§2.2谐振腔结构及其稳定性分析30-35§2.3连续可调谐的Cr~(4+)：YAG激光器35-38§2.4本章小结38-39参考文献39-40第三章克尔透镜锁模Cr~(4+)：YAG激光器40-65§3.1克尔透镜锁模脉冲的形成机理40-52§3.2Cr~(4+)：YAG激光器的色散补偿特性52-57§3.3半导体可饱和吸收镜(SESAM)简介57-60§3.4实验结果60-62§3.5本章小节62-63参考文献63-65第四章超短脉冲激光器的理论研究65-85§4.1理论模型的建立背景65-67§4.2修正的复系数Ginzburg-Landau方程67-69§4.3高阶复系数Ginzburg-Landau方程69-82§4.4本章小结82-83参考文献83-85第五章三阶色散对新型孤波传输的影响85-98§5.1三种新型孤波介绍85-87§5.2三阶色散对平脉动孤波的影响87-88§5.3三阶色散对爆发孤波的影响88-90§5.4三阶色散对蠕变孤波的影响90-93§5.5三阶色散对呼吸子解传输特性的影响93-95§5.6本章小结95-96参考文献96-98第六章QCGLE特殊孤波解的相互作用研究98-108§6.1呼吸子解的相互作用及其抑制98-100§6.2平脉动孤波的相互作用及其抑制100-102§6.3爆发孤波的相互作用及其抑制102-103§6.4蠕变孤波的相互作用及其抑制103-105§6.5本章小结105-107参考文献107-108第七章结束语108-109攻读博士期间发表和待发表的论文109-110致谢110-111承诺书111-112 本论文购买请联系页眉网站。
脉冲激光器工作电压-概述说明以及解释
脉冲激光器工作电压-概述说明以及解释1.引言1.1 概述脉冲激光器是一种利用电能转换为激光能的重要设备。
它通过产生高强度的脉冲光束，广泛应用于科学研究、医学、激光打印等领域。
在脉冲激光器的工作过程中，适当的工作电压对其性能和稳定性都起着至关重要的作用。
脉冲激光器的工作电压，简而言之，是用于激活激光器的电能。
在脉冲激光器中，通过高压电源的加电作用，将工作电压传递给激光介质，从而使其处于激励状态，激发出一定强度的激光光束。
因此，工作电压的大小和稳定性直接影响着脉冲激光器的输出功率、脉冲宽度和重复频率等重要参数。
对于不同类型的脉冲激光器，其工作电压范围和调节方式也存在差异。
一般而言，脉冲激光器的工作电压通常较高，以保证足够的能量被输入激光介质，从而产生高能量的激光脉冲。
同时，为了保持激光器的稳定性，工作电压的波动应尽可能小，以免影响到输出激光的质量和一致性。
在实际应用中，针对脉冲激光器的工作电压调节方法也有多种选择。
例如，可以通过电源开关和电源调节器对工作电压进行粗略和细致的调节；另外，还可以采用反馈控制系统，通过监测激光器的输出状态来实时调整电压，以实现更精确地控制和稳定化工作电压。
无论采用何种调节方法，都需要仔细进行设定和优化，并兼顾激光器的性能要求与电压的控制精度。
因此，本文将深度探讨脉冲激光器的工作电压对其性能和稳定性的影响，并介绍脉冲激光器的工作原理及常用的电压调节方法。
通过全面分析，将有助于进一步理解脉冲激光器的工作机制，并为其在各领域的应用提供参考和指导。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以参考以下内容：本文将主要围绕脉冲激光器工作电压展开讨论。
具体而言，本文将包括以下几个部分。
第一部分是引言部分。
引言将对脉冲激光器工作电压的重要性进行概述，并介绍文章的结构和目的。
通过引言部分，读者可以了解到本文的主要内容和研究方向。
第二部分是正文部分。
正文将分为两个小节。
首先，我们将详细介绍脉冲激光器的工作原理。
脉冲激光器驱动电路的设计与应用
脉冲激光器驱动电路的设计与应用介绍脉冲激光器是一种能够产生高峰值功率、短脉冲宽度的激光器。
它在许多领域中都有广泛的应用，包括激光加工、医学治疗、通信等。
脉冲激光器的驱动电路起着至关重要的作用，它能够确保激光器的稳定工作并产生所需的脉冲参数。
本文将详细介绍脉冲激光器驱动电路的设计原理和应用。
设计原理脉冲激光器的工作原理脉冲激光器通常由激光介质、泵浦源和驱动电路组成。
激光介质通过泵浦源的能量输入，产生激发态粒子的反转分布。
当反转分布达到一定程度时，通过光学谐振腔的反射作用，可以实现激光的正反馈放大，从而产生激光脉冲。
驱动电路的作用驱动电路的作用是提供适当的电流或电压信号，使激光介质能够产生所需的激发态粒子反转分布，从而产生脉冲激光。
驱动电路需要满足以下几个要求： 1. 提供稳定的电流或电压信号，确保激光器的稳定工作。
2. 控制激光器的脉冲宽度和重复频率，以满足不同应用需求。
3. 提供保护功能，避免激光器因过电流或过压而损坏。
驱动电路的设计电源设计脉冲激光器通常需要较高的电源电压和电流。
为了确保电源的稳定性和可靠性，可以采用稳压稳流电源或者直流稳压电源。
稳压稳流电源能够根据激光器的工作状态自动调整输出电流和电压，保持恒定。
直流稳压电源则需要通过电压和电流调节器手动调整输出参数。
控制电路设计控制电路主要用于控制激光器的脉冲宽度和重复频率。
其中，脉冲宽度由激光介质的特性和谐振腔的参数决定，可以通过调节激光介质的泵浦源和谐振腔的参数来实现。
重复频率则由驱动电路的时序控制器控制，可以通过改变时序控制器的频率来调节。
保护电路设计保护电路用于保护激光器免受过电流、过压等损坏。
常见的保护电路包括过流保护电路、过压保护电路和过温保护电路。
过流保护电路可以监测激光器的电流，当电流超过设定值时，及时切断电源以避免激光器损坏。
过压保护电路则可以监测激光器的电压，当电压超过设定值时，自动切断电源。
应用脉冲激光器驱动电路在许多领域中都有广泛的应用。
光纤脉冲激光器的原理
光纤脉冲激光器的原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊光纤脉冲激光器的原理。
想象一下，这就像是一场超级酷炫的光线大冒险！
光纤脉冲激光器呢，就像是一个特别厉害的光线制造大师。
它的核心部分就像是大师的魔法盒子，里面有很多神奇的东西。
首先呢，有个叫增益介质的玩意儿，就好像是提供能量的宝库。
它能让光线变得越来越强，就像给小树苗施肥让它茁壮成长一样。
然后呢，还有个反射镜，这就像是一个神奇的镜子，可以把光线来回反射，让它们在里面跑来跑去，不断积累能量。
当能量积累到一定程度的时候，就像水库的水满了一样，“噗”的一下，就发射出超级强大的脉冲光线啦！这些光线速度超快，威力超强，就像闪电一样厉害呢！
你看，光纤脉冲激光器的原理虽然有点复杂，但咱这么一比喻，是不是就好理解多啦？就像是一场有趣的光线游戏，是不是很神奇呀！。
脉冲激光器的重要参数
脉冲激光器的重要参数
脉冲激光器的重要指标：脉冲重复频率、峰值功率、脉冲宽度、脉冲能量、平均功率、峰值功率密度
1、激光重频：激光分两类：⼀类是连续激光，⼀类是脉冲激光。
激光重复频率是对脉冲激光⽽⾔的，指在单位时间内，有规律地输出激光的脉冲数⽬（等同于⼀秒内脉冲重复出现的次数，单位为赫兹（hz））。
重频低在⼀样的输出功率下对应的脉冲能量⾼，适合⾮线性等研究，⾼重频则在⾼速采样等领域有优势。
2、峰值功率（Peakpower）：代表着单个脉冲所能达到的最⾼功率。
单位为⽡特（W）。
3、脉冲宽度（Pulsewidth）：简称脉宽，是指单个脉冲的持续时间，因此，它是⼀个时间衡量单位，有毫秒（ms）、微秒（us）、纳秒（ns）、⽪秒（ps）、飞秒（fs）等各种量级。
量级越⼩，激光作⽤持续时间越短。
4、脉冲能量（Pulseenergy）：指的是单个脉冲携带的激光能量。
是峰值功率与脉冲宽度的乘积。
单位为焦⽿（J）。
例如当峰值功率为10千⽡，脉冲宽度为100纳秒时候，脉冲能量E=10kwX100ns=1mj。
5、平均功率（Averagepower）：是指⼀个重复周期内单位时间所输出的激光能量。
是脉冲能量与脉冲重复频率的乘积。
单位为⽡特（W）。
6、峰值功率密度（Peakpowerdensity）：是指单位⾯积内激光功率，由激光功率和激光起作⽤的⾯积共同决定的⼀项指标。
单位为⽡特/平⽅厘⽶（W/CM2）。
超短脉冲激光器的研究与应用
超短脉冲激光器的研究与应用超短脉冲激光器是一种能够产生拥有极高强度和超短持续时间的激光束的设备。
它被广泛应用于科学研究、工业领域以及医疗领域。
本文将介绍超短脉冲激光器的原理、制造和应用。
一、超短脉冲激光器的原理超短脉冲激光器可以产生纳秒或皮秒级别的超短脉冲。
这种激光器的原理是使用长脉冲激光与非线性光学晶体相互作用，通过非线性效应将长脉冲激光转化为超短脉冲激光。
超短脉冲激光的产生是通过自发参量下转换的方式实现的。
当长脉冲激光通过非线性晶体时，晶体内的光学非线性效应会产生额外的频率组合。
这些频率组合将产生新的光波，并被反射回晶体中，与原来的激光束相互作用，最终产生超短脉冲。
二、超短脉冲激光器的制造超短脉冲激光器的制造需要使用光学晶体和半导体材料。
此外，还需要使用先进的光学器件和控制电路来实现激光器的操作和控制。
制造超短脉冲激光器的主要步骤包括选择光学晶体和半导体材料、设计和制造激光器的光学组件、控制电路的设计和安装、以及激光器的测试和校准。
超短脉冲激光器的性能受到多种因素的影响，包括激光器的波长、脉宽、能量和模式。
这些因素的选择和优化可以根据应用的需要进行调整。
三、超短脉冲激光器的应用超短脉冲激光器的应用范围非常广泛。
在科学研究方面，它被用于制备纳米结构和超快速动态过程的研究。
此外，超短脉冲激光还被用于制备微电子元件和纳米生物芯片等高精密度器件。
在工业领域，超短脉冲激光器被用于加工材料，例如改善表面质量和切割薄片。
另外，它还被用于制作光学元件和光学相干断层扫描等领域。
在医疗领域，超短脉冲激光器被用于进行激光手术、皮肤去除和其他美容技术。
此外，它还被用于制备人工晶体和医用器械等高精度器件。
四、超短脉冲激光器的发展趋势随着科学技术的不断进步，超短脉冲激光技术在不同领域中的应用越来越广泛。
未来，随着激光器材料和器件等技术不断成熟，超短脉冲激光器的性能和应用将会得到进一步的提升。
总之，超短脉冲激光器是一种极其重要的光学设备，应用范围广泛。
脉冲激光器工作原理
脉冲激光器工作原理
嘿，你问脉冲激光器工作原理啊？这事儿还挺神奇呢。
你看啊，脉冲激光器就像个小魔法师，能发出特别厉
害的光。
它里面有个小房间，装着一些特殊的材料。
这些材料
就像一群小勇士，准备大显身手。
当有电流或者其他能量进入这个小房间的时候，这些
小勇士就开始兴奋起来。
它们就像一群被唤醒的小精灵，
开始释放出能量。
这些能量会让材料里面的原子变得特别活跃。
原子们
就像一群调皮的孩子，开始跑来跑去，跳上跳下。
在这个过程中，原子会释放出光子。
这些光子就像一
个个小闪光弹，特别亮。
但是这还不够呢，脉冲激光器还有个小秘密武器。
那
就是一个小镜子和一个半透明的镜子。
这两个镜子就像两
个好朋友，一起玩游戏。
光子在两个镜子之间来回反射。
每次反射的时候，就
会有更多的光子加入进来。
就像一群小伙伴，越聚越多。
当光子的数量足够多的时候，半透明的镜子就会让一
部分光子跑出去。
这部分光子就形成了一个强烈的脉冲光。
这个脉冲光可厉害了，它可以用来切割东西、打标、
医疗啥的。
就像一把超级锋利的刀，或者一个神奇的画笔。
总之呢，脉冲激光器就是靠着这些小勇士、小镜子和
光子们的共同努力，发出了强大的脉冲光。
脉冲激光的科学原理及应用
脉冲激光的科学原理及应用脉冲激光是一种高能量、高脉冲频率的光源，广泛应用于许多领域，如科学研究、医疗、材料加工和通信等。
本文将介绍脉冲激光的科学原理和应用。
脉冲激光的科学原理脉冲激光的主要原理是通过一系列的能量转换过程来产生高功率、短脉冲的激光光束。
典型的脉冲激光通常由四个部分组成：激光源、增益介质、光学模式选择器和输出偏振器。
工作原理可以概括为以下六个步骤：第一步：激光器中的能量转换激光器包含光学谐振腔、激光介质和激光泵浦源。
在这种情况下，谐振腔被设计成适当的几何形状，以在地面和激光泵浦器之间充当次级反射器，将激光增益介质中的光反射回光源以获得激光光束。
光源通常采用光纤、半导体激光、固态激光器等。
第二步：光学激励一旦激光腔内形成足够多的反射，就会产生足够的全反射，这将导致光放大，最终产生激发介质，这将产生de population，从而导致光子的集中放大。
这个过程通常称为光学激发或泵浦。
第三步：光放大由于激光泵浦光的能量很大，能够激发激光介质分子的内部转换，使其仅在时间短的情况下占据高度放电级别，从而导致能级快速下降，近红外光的6个脉冲最后达到激光输出的目标值。
第四步：输出光束扩展激光在谐振腔中反复多次反射，然后经过输出镜输出。
事实上，谐振腔内的光线有很高的集中度，这导致激光输出的光束很窄。
为了扩展输出光束，可以使用光学模式选择器，像绿色的Nd：YAG晶体（外棱石形）这样的材料常常用于制造模式选择器。
第五步：输出光的偏振为了防止偏振和波长不同的光束穿过样品，输出光通常会被激光偏振器过滤。
偏振器减少被样品吸收的偏振和波长不同的光，从而将样品中吸收的光最小化。
第六步：输出光束的调整激光输出光束通过光学元件进行调整。
这些元件可以是透镜、棱镜、反射镜等，其目的是为了更好的适应各种应用场景。
脉冲激光的应用脉冲激光具有许多应用于不同领域的特殊功能，如下所示：医疗领域- LASIK术：常常用于近视人群的眼科手术。
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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
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。
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Байду номын сангаас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。
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。
711-2
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
7.1.1.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
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
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 光器。
722-3
第七章 脉冲激光理论
7.1 Q-调制技术
721-1
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
电光调Q激光器如图8-25~所示。 未加电场前晶体的折射率主轴 x,y,z 。 沿晶体光轴方向 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 和 。
【布喇格衍射】 现象：透射光束分裂为 0级与+1级或-1级衍射 光，+1级或-1级衍射光 与声波波面的夹角亦为 ，如图8-26~所示。
722-1
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
布喇格衍射条件 当声波频率较高， 声光作用长度 d 足够大 入射光波与声波波面的夹角满足 光强比：一级衍射光光强 I1 (或 I-1 )与入 射光光强 Ii 之比为 经长度为 d 的位相光栅后光 波相位变化的幅度 声波波长 光波波长
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理
陈历学 2011年2月
714-3
714-5
第七章 脉冲激光理论
7.1Q-调制激光器基本原理
激光原理
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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
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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
获得高衍射效率的方法：提高超声驱动功率！
722-2 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
当声光Q开关由一块对激光波长透明的声光介质及换能器组成， 常用的声光介质有熔融石英、钼酸铅及重火石玻璃等。 声光介质表面粘接有铌酸锂、石英等压电材料薄片制成的换能器， 换能器的作用是将高频信号转换为超声波。 声光开关置于激光器中，在超声场作用下发生衍射，由于一级衍 射光偏离谐振腔而导致损耗增加，从而使激光振荡难以形成，激光 高能级大量积累粒子。若这时突然撤除超声场，则衍射效应即刻消 失，谐振腔损耗突然下降，激光巨脉冲遂即形成。
721-2 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
经过晶体长度 d 距离后，二偏振分量产生了相位差：
721-3
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
当 =/2 时，所需电压称作四分之一波电压，记作V/4。
图8-25 中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 y’ 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。
常用电光晶体有 KDP、KD*P、LiNbO3 及BSO等。
721-5
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
7.2.2声光调Q技术 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，其光栅常数等于声波波长 $\lambda_e~$。 光束射经此介质时发生衍射，一部分光偏离原来方向。
激光原理
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7.2.3被动调Q技术 在谐振腔中设置一饱和吸收体，利用其饱和吸收效应可以控制 谐振腔的损耗。 理论上，可近似地把饱和吸收体看成是两能级系统，利用稳态 二能级速率方程，按由速率方程求增益系数的类似过程，可求出中 心频率处的吸收系数
简并度相等的二能级系统的饱和光强
723-2 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
由上述巨脉冲发展过程可知，用作被动Q开关的饱和吸收体 应具备下列特性： (a) 吸收峰中心波长应与激光器激光波长吻合；
(b) 饱和光强 I‘s 要适当。
I‘s 小于增益介质的饱和光强 Is，是巨脉冲产生的必要条件， I’s 太大还会因Q开关速度太慢而严重影响调Q效果。
随着激光工作物质中反转集居数的积累，放大的自发辐射逐渐增加， 当光强与饱和吸收体的 I‘s 可比拟时，吸收系数显著减少。当这一过 程发展到一定程度时，单程增益等于单程损耗，激光器开始起振。 随着激光强度增加，饱和吸收体的吸收系数又继续下降，而这又促 使激光更迅速地增加，于是产生了受激辐射不断增长的雪崩过程。 当激光光强增加至可与增益介质的饱和光强可比拟时，增益系数显 著下降，最终导致激光熄灭。
721-4
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
电光Q开关是目前使用最广泛的一种Q开关，适用于脉冲激光器， 其主要特点是开关时间短(约 10-9s )，属快开关类型。 电光调Q激光器可以获得脉宽窄、峰值功率高的巨脉冲。 典型的 Nd3+:YAG 电光调Q激光器的输出光脉冲宽度为 10-20ns， 峰值功率可达数兆瓦至数十兆瓦。 而对于钕玻璃调Q激光器，不难获得数百兆瓦的峰值功率。
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
714-2
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
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第七章 脉冲激光理论
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
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。 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。
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