第三节q调制

第三节q调制内容摘要：

激光器。 常用声光材料 (1)声光介质：氧化碲 (TeO2)、钼酸铅 (PbMoO4)(对 m通光力差，影响调 Q输出功率 )；熔融石英 (便宜，好光学加工，可用于大功率声光调 Q激光器 )等。 (2)吸声材料：铅橡胶、玻璃棉。 (3)换能器：铌酸锂 (LiNbO3)、石英等。 四、 被动调 Q— 可饱和吸收调 Q 可饱和吸收液体的吸收系数公式 ① 假设：均匀加宽、二能级系统、 f1=f2， σ 21= σ12。 ② 公式 成都信息工程学院光电技术学院 钟先琼   39。 1000SII其中 : 212022102239。  hhIS   1200  n21 nnn υ0:吸收谱线中心频率 ③ 说明 :β 0(υ0)随 I增大而减小，入射光几乎全部透过，称为“漂白” 可饱和吸收调 Q原理 成都信息工程学院光电技术学院 钟先琼 将可饱和吸收体放入谐振腔，泵浦开始时，因 β较大，则腔处于高损低 Q状态，激光上能级不断积累粒子，而腔内荧光不断增强，当光强可与 Is’相比拟时， β减小，达到一定程度时，染料“漂白”，腔处于低损高 Q状态。 巨脉冲形成。 装置 工作物质 透反镜 全反镜 染料盒或染料片 常见的可饱和吸收体 — 各种染料 各种染料 : BDN；五甲川；十一甲川；隐花青 溶剂：丙酮；二氯乙烷 成都信息工程学院光电技术学院 钟先琼 染料调 Q的注意事项 (1)染料的吸收中心波长要与激光波长基本吻合。 (2)染料的饱和吸收光强 Is’应大小适当，若太小，则激光上能级粒子积累不充分，开关作用差，若太大，则染料难以达到饱和，激光阈值高， Q开关速度慢。 (3) 染料溶液应有一定的稳定性。 染料调 Q的优缺点 (1)简单方便，峰值功率： KMW，脉宽：几十 ns。 (2)缺点：染料易变质，输出不稳定性，易受染料浓度、激光能量及染料盒的影响。 成都信息工程学院光电技术学院 钟先琼 新 型固体饱和吸收材料 (1060nm) Cr4+: YAG、 Cr4+: GSGG、 Cr4+: GSAG、Mg2SiO LiF: F2等。 成都信息工程学院光电技术学院 钟先琼 调 Q激光器基本理论 一、处理方法 速率方程 → 调 Q激光的峰值功率、巨脉冲能量及脉冲时间特性 二、简化假设 损耗从 δ H降为 δ为瞬时的，即阶跃式突变的 —— 适用于快开关调 Q。 设腔长等于工作物质长度， L= l。 系统为三能级系统，且 υ=υ0， f1=f2。 η F=1，则忽略 A31和 S21，则 n1W13=n3S32。 三、反转集居数和光子数密度速率方程 成都信息工程学院光电技术学院 钟先琼 方程 222 1312122121WnAnnNvdtndNnNvdtdNR注： (1)从 t=0，即 Q开关打开时开始讨论。 损耗不能忽略。 (2)根据三能级系统速率方程及简化假设可以证明。 四、激光器的输出峰值功率 峰值功率公式   21 TSvNhP mm S: 工作物质横截面积 T: 输出反射镜透过率 成都信息工程学院光电技术学院 钟先琼 ２、公式证明 (略 )(了解 ) tittim nnnnnN ln21  21  titit nnnnn讨论 (1)Δni/Δnt越大，则 Nm越大， Pm越大。 (2)影响 Δni/Δnt大小的因素 ① δH/δ 越大， Δni/Δnt越大。 因为 δH越大，意味着Q开关关闭时，允许达到而又不超过阈值 Δnt’的Δni就越大，而 Q开关打开时的 δ越小，则 Δnt越小。 ② 泵浦功率越高， Δni/Δnt越大。 成都信息工程学院光电技术学院 钟先琼 ③ 在相同的泵浦功率下，上能级的寿命越长，ni/Δnt越大。 荧光寿命 红宝石 钕玻璃 YAG CO2 HeNe 染料 3ms 1ms 20ns ~ns 工作介质 氦氖激光器与染料激光器不适合采用调 Q技术。 五、巨脉冲能量 输出巨脉冲能量 (1)公式   ifi EaT TEEaT TE 其中： 为“储能”，即储存在工作物质中可能转变为激光的初始能量。 221 ii nVhE 成都信息工程学院光电技术学院 钟先琼 V：工作物质体积。 221 ff nVhE 为巨脉冲熄灭后工作物质中剩余的能量。 ifififii nnEEEEEEE  1内 — 储能利用率 (2)公式证明 发射一个光子，则 Δn减少 2，设巨脉冲开始时， Δn = Δn i，熄灭时 Δn = Δn f，则巨脉冲持续过程中单位体积工作物质发射的光。