调Q技术晶体双折射.doc

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1、调Q（Q开关）技术调Q技术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（一）自发辐射处于高能级E2的原子自发地向低能级E1跃迁，并发射出一个频率等于v=E2-E1的光子的过程称为自发辐射跃迁自发辐射跃迁的过程是一种只与原子本身的性质有关，而与辐射场u（V）无关的口发过程（-）受激辐射处于高能级E2上的原子在频率为v=（E2—E1）/h的辐射场激励作用下，或在频率为v=（E2-E1）/h的光子诱发下，向低能级E1跃迁并辐射出一个与激励辐射场光子或诱发光子的状态（包括频率

2、、运动方向、偏振方向、相位等）完全相同的光子的过程称为受激辐射跃迁受激辐射过程区别于自发辐射的地方在于，它是在辐射场的作用下产生的，因此，其跃迁几率W21,不仅与原子本身的性质有关，述与辐射场卩v成正比（三）受激吸收处于低能级E1上的一个原子在频率等于v=（E2—El）/h的辐射场作用下，吸收一个光子后向高能级E2跃迁的过程称为受激吸收跃迁激光器弛豫振荡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

3、子数大量被消耗，导致粒子反转数降低，当低于阀值吋，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。弛豫振荡产生的物理过程，可以用图2.1-2来描述。它示出了在弛豫振荡过程中粒子反转数和腔内光子数0的变化，每个尖峰可以分为四个阶段（在"时刻之前，由于泵浦作用，粒子反转数△刃增长,但尚未到达阈值△加

4、力因而不能形成激光振荡。）512.1-2腔内光子数和粒子反转数随时间的变第一阶段（“一⑵：激光振荡刚开始时，△力=/th,①=0；由于光泵作用，△刃继续增加，与此同时，腔内光子数密度。也开始增加，由于①的增长而使△刃减小的速率小于泵浦使△刃增加的速率，因此△刃一直增加到最大值。第二阶段（12-/3）:△〃到达最大值后开始下降，但仍然大于^nth,因此⑦继续增长，而且增长非常迅速，达到最大值。第三阶段（》3—Z4）：

5、定程度，泵浦又起主耍作用，于是△〃乂开始回升，到/5吋刻△〃乂达到阈值仏，于是乂开始产生第二个尖峰脉冲。因为泵浦的抽运过程的持续时间耍比每个尖峰脉冲宽度大得多，于是上述过程周而复始，产生一系列尖峰脉冲。泵浦功率越大，尖峰脉冲形成越快，因而尖峰的时间间隔越小二、调Q的基本原理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，丁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不能提高的原因。既然

6、激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，那么，要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加）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。当反转粒子数积累到最大时，再突然把阈值调到很低，此时，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。从“激光原理"得知，激光器振荡的阈值条件可表示为

7、(2」小式中，g是模式数目，A21自发辐射几率，〃是光子在腔内的寿命,2〃①r是腔内能量衰减到初始能量的l/e所经历的时间(2.1-2)。值称为品质因数，它定义为：0=2勿处X(腔内存储的能量/每秒损耗的能量)uO为激光的中心频率。用W表示腔内存储的能量，「表示光在腔内传播单次能量的损耗率，那么光在一个单程中的能量损耗为W§。设L为谐振腔腔长，n为介质折射率，c为光速，则光在腔内走一单程所需的时间为nL/c。由此，光在腔内每秒钟损耗的能量为:W8W6cnL/cnL这样，0值可表示为Q=2ttvWW8cInL1

8、7inL(2.1-3式中，人o为真空中激光中心波长。可见，当人0和厶一定时，Q值与谐振腔的损耗成反比，要改变激光器的阈值，可以通过突变谐振腔的Q值（或损耗叭来实现。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。或者说使腔的攪龛随时间按一定程序变化的技术。图2・1・30开关激光脉冲建立调Q激光脉冲的建立过程，各参量随时间的变化情况，如S2.1-3所示。图(a)表示泵浦速率Wp随时间的变