调Q技术[文字可编辑].ppt

1 《激光原理与技术》 激光技术部分 调 Q 技术 § 2.1 概述 ? 调 Q 技术是将一般输出的连续或脉冲激光能量压缩到宽度极 窄的脉冲中发射，从而是光源的峰值功率可以提高几个数 量级的一种技术。 ? 非线性光学：强相干光与物质相互作用 ? 激光医学、激光加工：需要高功率、窄脉宽激光光源。 ? 激光测距、雷达：提高测量精度。 2 2 2 1 150 1 150 1 150 1 150 c c L ct L t L t t ms L km t s L m t ns L mm t ps L m ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 300 100 100 ms c t km ms s ns ns ps fs ? ? ? ? ? ? ? 激光脉冲的分类 长脉冲 脉冲 短脉冲 超短脉冲 Energy/ B = rigth t Power S S ? ? ? ? ? ??? ? ??? 单色定向亮度： § 2.1 概述 ? 激光器的弛豫振荡 ? 对四能级系统，速率方程可以写为： ? 增加泵浦功率只能减少提高 尖峰的间隔，增加尖峰频率， 不能减少激光脉宽，也不能 增加激光器的峰值功率 2 ( ) p tot c d n n W n n n c dt d n c S dt ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 1 2 2 3 max 3 4 min 4 5 0 1 0 2 3 4 5 th th th th th n n t pump n n n t t pump n pump n t t n n n n n n t t pump n n t t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 时刻 时刻： 受激辐射 时刻 时刻： 受激辐射 受激辐射 时刻 时刻： 当 时 受激辐射 时刻 时刻： 受激辐射 时刻 时刻： min , th th pump n n n n n ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 受激辐射 当 时 开始新的循环 § 2.1 概述 ? 调 Q 基本原理（一） ? 品质因数 Q 值的定义 ? 调 Q 技术是通过某种方法使腔内 Q 值按一定程序变化的技术。 Q 低则抑制激光产生，使粒子在上能级积累到一定程度后提 高 Q 值，建立激光振荡，形成巨脉冲输出。 ? ? 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 , 2 2 / 1 c c t c c c c c c c c c c W dW W W e W dt t W W e W W c Q dW dt W Q Q ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 令 为腔内能量， 为腔内能量单位时间损耗率 , 则有 当 时， 定义 为腔内光子寿命。 腔内存储的能量 定义 单位时间损耗的能量 值与腔内损耗成反比 § 2.1 概述 ? 调 Q 基本原理（二） § 2.1 概述 ? 实现调 Q 对激光器的要求 ? 工作介质抗损伤阈值要高。 ? 上能级寿命要比较长 ? 泵浦过程使上能级粒子增加，在没有产生受激辐射的情况下， 自发辐射使上能级粒子减少，当两者平衡时就是上能级能够积 累的最大粒子数。 ? 泵浦速度必须快于激光上能级的自发辐射速率。 ? 谐振腔的 Q 值改变要快。 2 2 2 2 p p n W n W ? ? ? ? ? § 2.2 调 Q 激光器的基本理论 ? 调 Q 速率方程 ? 调 Q 速率方程以两能级模型给出 ? 如果考虑到在 Q 突变过程中，激光器参数剧烈变化，可以忽 略泵浦过程和自发辐射过程。同时令激光器在 Q 值突变之前 处于低阈值状态，反转粒子数不断积累，假设 Q 值是阶跃式 变化，则在 Q 值突变时刻定为零时刻，给以给出下面的方程： 1 21 2 21 2 2 2 2 p s c s d n n W n c n A dt d n c n A dt ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 2 ( 1) (0) (0) ( ) c th c th i th