《调Q技术》PPT课件

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1、第九章Q调技术§1调Q原理一、弛豫振荡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1、现象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(2)加大泵浦能量，只是增加尖峰的个数，不能增加峰值功率(1)峰值功率不高，只在阈值附近4、原因激光器的阈值始终保持不变二、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,形成光脉冲三、工作原理2、阈值反转粒子数(1)t<0:nt(2)t>0:nt(nt>>nt)1、腔损耗(1

2、)t<0(Q开关打开前):(2)t>0(Q开关打开后):(>>)3、泵浦速率(1)t<0:W大(2)t>0:W小4、反转粒子数n(1)t<0:n增大,t=0时为n=n0(2)t>0:n减小,t=tp时为n=nt(nt<n0<nt)5、腔内光子数密度(1)0nt而增强(2)t>tp:因n<nt而减弱(3)t=tp时,达最大mtnntntn0tp0mnfW(3)t>>0:振荡结束时残余反转粒子数为n=nf四、调Q激光器速率方程(三能级、固体、均匀加

3、宽)1、非调QE1E2E3W13S32A21W21W122、调Q(忽略泵浦与自发辐射:w13=0,A21=0)n1+n2+n3=n证n1+n2=nn2-n1=nnt为达最大时,即时的n令由和w13=0可得:S32=0五、腔内光子数密度证由和消t当n=nt时光子数密度达最大值六、最大光子数密度1e0e-2e2e2-3七、峰值功率1、计算公式Pm=h0mvSTv:腔内光速S:腔截面积T:输出镜透过率2、提高Pm的措施(1)提高Q开关打开前、后的腔损耗之比/越大,则也可以越大(2)提高泵浦功率(使达到水平)八、

4、脉冲能量每产生一个光子，消耗２个反转粒子数九、能量利用率1、定义E0(储能):储藏在工作物质中能转变为激光的初始能量Ef(剩余能):巨脉冲结束后工作物质中的剩余能量，通过自发辐射消耗掉2、计算公式证光子数密度=0时,n达到nf令3、计算曲线010.10.50.90.9931.0541.3862.5585１500.9932.560.90.51.34十、脉冲的时间特性1、脉冲宽度定义tr:上升时间(光子数密度由m/2升至m所用时间)te:下降时间(光子数密度由m降至m/2所用时间)2、脉冲宽度计算方法nr、

5、ne:分别为光子数密度升、降至m/2时所对应的反转粒子数密度,c:Q开关打开后的腔寿命tnnrtpmtetrntnetn0trtettp:光子数密度达到m的时刻,相应反转粒子数密度为nttr:光子数密度升到m/2的时刻,相应反转粒子数密度为nrte:光子数密度降到m/2的时刻,相应反转粒子数密度为ne证3、脉冲宽度的特点(1)增大,脉冲的前、后沿均减小，其中前沿比后沿减小的更显著t<12(2)脉宽与调Q时的腔寿命成正比,故腔长不宜太长、损耗也不宜太小.(3)最小脉宽为光在腔内往返一周所用时

6、间例1某气体激光器Q开关打开后,阈值反转粒子数及初始与阈值反转粒子数比分别为nt=1022m-3、n0/nt=3,求m解例2为使调Q激光器的能量利用率达到90%，求反转粒子数比参数n0/nt解例3求腔长1.5m的调Q激光器所能获得的最小脉宽解例4红宝石调Q激光器输出镜反射率为r1=0.96,另一镜反射率在r2=0.1到r2=1之间变化,红宝石棒与腔长同为L=20cm,截面积S=10mm2,红宝石发射截面S21=2.5×10-24m2,设Q开关在反转粒子数达到r2低反射率所对应的阈值时开启,求m及Pm(光波长=6

7、943Å,折射率n=1.76)解一、工作原理1、Q开关开启2、Q开关关闭激光介质激光转镜半反激光介质转镜半反§2转镜调Q激光器激光介质激光半反镜架棱镜磁头磁钢电源光泵电动机触发电路二、装置激光工作介质镜架棱镜磁头磁钢激光工作介质磁头磁钢镜架棱镜三、延迟时间泵浦开始至形成高Q所用时间:镜架旋转角速度1、定义2、大小:延迟角(磁头方向与腔轴线夹角)四、开关时间满足阈值条件产生激光至棱镜法线与腔轴线重合所用时间1、定义3、大小:开关角(能满足产生激光阈值条件时的镜面法线与腔轴线间所允许的最大偏离角)2、意义开关时间越短，产生

8、的激光脉宽越短，峰值功率越大4、开关角计算公式(1)棱镜倾斜所引起的单程损耗率设光在腔内往返m次后逸出棱镜倾斜引起的腔寿命单程损耗率d246L8棱镜长度d越小、开关角越小腔长L越长、开关角越小(2)激光振荡阈值条件：其它损耗率，G:增益系数l:工作介质长度(