1、会计学1 激光激光Q开关及锁模技术分解开关及锁模技术分解 2 第四章：激光Q开关及锁模技术 激光Q开关技术概论 1 电光Q开关原理及技术 2 声光Q开关原理及技术 3 锁模技术 4 第1页/共33页 3 激光Q开关技术概论 第2页/共33页 4 激光Q开关技术概论 按激光器运转方式 连续激光器 脉冲激光器 连续激光器 长脉冲激光器 : 0 t: s 激励持续时间激光上能级寿命 s t 0 s t 0 第3页/共33页 5 激光Q开关技术概论 连续激光器 脉冲激光器 以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式工作的气体激 光器和半导体激光器均属于此类 。
连续激光器输出功率一般比较 低 ， 适合于要求 。

2、激光连续工作（激光通信、激光手术灯）场合 。
长脉冲激光器 泵浦功率有很短时间间隔的关断以减小热影响 。
具有较大的输出功率 ， 适用于激光打标、切割、测距等 。
常见的 脉冲激光器有钇铝石榴石激光器、红宝石激光器、钕玻璃激光器 、氮分子激光器和准分子激光器等 。
第4页/共33页 6 n然后泵浦的抽运又使上能级逐渐 积累粒子形成第二个激光尖峰； n如此不断重复 ， 便产生一系列小 的尖峰脉冲 。
激光Q开关技术概论 第5页/共33页 7 n激光脉冲不够平滑 。
激光Q开关技术概论 第6页/共33页 8 值 ， 受激辐射极为迅速地增强； n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 。

3、一个强的激 光巨脉冲输出 。
n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 。
激光Q开关技术概论 第7页/共33页 9。
激光Q开关技术概论 第8页/共33页 10 Q 来实现Q突变的方法 n最常用的电光晶体主要有 KH2PO4、LiTaO3、LiNdO3等 电光Q开关原理及技术 第9页/共33页 11 电光Q开关原理及技术 第10页/共33页 12 者具有不同的折射率 ； n经过晶体长度 d 距离后 ， 二偏振 分量产生了相位差 ； 电光Q开关原理及技术 第11页/共33页 13 的偏振方向 ， 因此不能通过偏振 器 。
n这种情况下谐振腔的损耗很大 ，处于低Q值状态 ， 激 。

【激光|激光Q开关及锁模技术分解PPT学习教案】4、光器不能振 荡 ， 激光上能级不断积累粒子； n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 。
电光Q开关原理及技术 第12页/共33页 14 功率 。
电光Q开关原理及技术 第13页/共33页 15 声光Q开关原理及技术 第14页/共33页 16 声光Q开关原理及技术 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。
第15页/共33页 17 声光Q开关原理及技术 声波波长 光波波长 获得高衍射效率的方法：提高超声驱动功 第16页/共33页 18 然撤除超声场 ， 则衍射效应即刻 消失 ， 谐振 。

5、腔损耗突然下降 ， 激 光巨脉冲遂即形成 。
声光Q开关原理及技术 第17页/共33页 19 器 。
声光Q开关原理及技术 第18页/共33页 20 L c qqqq )(2 11 锁模原理 第n个纵模的角频率 , 其中 是中心纵模的角频率 n 0 则：第n个纵模输出的电矢量为 0 n tni n eEtE 0 0 )( 其中 ， 各个模式的振幅 、初位相 均无确定关系 ， 各个模式互不相干 ， 因而激光输出是它们的无规叠加的结果 ， 输出强度随时间无规则起伏 。
nE n 第19页/共33页 21 n tni n nt n eEtEE 0 0 )( 锁模原理 设光在腔内往复一周的时间 ,cLT/2 则： 其中 是整数 。

6、 ， 则： n 0 nitniEaaaaaaa TtniETtE n n n n 0 000 0000 2expexp exp)( nn n tEtniETtE)(exp)( 000000 因此 ， E是一个以T为周期的函数 。
, 第20页/共33页 22 0 0 n 锁模原理 则： 设纵模数目是奇数 ， 则： tiwtni e t tN EeEtE N N 0 2 1 2 1 0 2 sin 2 sin )( 00 tni n eEtE 0 0 )( 第21页/共33页 23 2 sin 2 sin )()()( 2 2 2 0 t tN EtEtEtIL 锁模原理 当t=0, T, 2T, 时 ，N。

7、t tN 2 sin 2 sin 2 2 得到： 2 0 2 )(ENtI L 第22页/共33页 24 锁模原理 第23页/共33页 25 锁模技术 第24页/共33页 26 )2( L c 锁模技术 未加调制前 ， 增益曲线中心附近的纵模电矢量可写为： tEtE c cos 0 加调制前 ， 电矢量以频率 周期变化 ， 设其按余弦函数变化 ， 则： )2( L c tftMEtE c 2cos2cos1 0 M为调制度 ， 大小决定于调制信号的大小 ， 将上式展开得： 第25页/共33页 27 锁模技术 tf ME tf ME tEtE cc 2cos 2 2cos 2 2cos 00 00 0 f 0 0 f2 。

8、 0 第26页/共33页 28 获 。
n调由于调幅产生的相邻纵模间的 能量耦合使所有纵模都具有相同 的初位相 ， 即各纵模的相位被锁 定 ， 且相邻纵模频率间隔均等于 f=c/2L， 于是各纵模相干叠加的 结果产生超短脉冲 锁模技术 第27页/共33页 29 q设光信号在 t1 时刻通过调制器 ， 并且， 则在t+T0 时 刻此信号将再次无损地通过调制器 。
对于 t2 时刻通过调制器的 光信号而言 ， 若， 则每次经过调制器时都要损失一 部分能量 。
这就意味着只有在损耗为零的时刻通过调制器的那 部分光信号能形成振荡 ， 而光信号的其余部分因损耗大而被抑 制 ， 因此形成周期为 2L/c 的窄脉冲输出 。
锁模技术 第28页 。

9、/共33页 30 tUu m cos 0 m 则折射率的变化量为： tkUtn 00 cos 其中 ， k表示比例系数 ， 由调制器性质决定 。
锁模技术 第29页/共33页 31 q则光通过调制器时产生的相位延迟， 其值为： q上式表明 ， 除了在相位调制函数极值时通过调制器的那部分光信号不产生频移外 ， 其他时刻通过调制器的光信号均经受不同程度的频移； q如果调制相位的周期与光在腔内运行的周期一致 ， 则经受频移的光信号每经过调制器一次都要再次经受频移 ， 最后因移出增益曲线以外而猝灭 。
q只有那些在相位调制函数极值时通过调制器的光信号才能形成振荡 ， 因而产生超短光脉冲序列 。
t tk dt td td m sin。

10、锁模技术 第30页/共33页 32 q在谐振腔中插入一薄层饱和吸收体(如染料盒)可构成被动锁模激 光器 。
饱和吸收体的透过率与光强有关 ， 如图所示 。
被动锁模 锁模技术 q 将饱和吸收体放在谐振腔中 ， 泵浦过程开始时 ， 由于其吸收系数 大 ， 谐振腔损耗很大 ， 激光器不能起振 。
q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 Is 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 。
q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 。
q当激光光强增加至 。

11、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 。
第31页/共33页 33 q如果吸收体的吸收高能级寿命， 则在强尖峰光脉冲通 过后 ， 透过率很快下降 ， 后继通过的弱光仍经受很大的损耗 。
q由于激光工作物质的纵向弛豫时间， 强尖峰光脉冲和 弱光信号经受着相同的增益和相差悬殊的损耗 ， 其结果是强光脉 冲 形成稳定振荡 ， 而弱光信号衰减殆尽 。
q同时 ， 在强尖峰光脉冲多次经过饱和吸收体时 ， 其前 后沿又因经 受较大损耗而不断削弱 ， 所以形成了周期T0=2L/c的超短光脉冲序 列 。
q在自发辐射基础上发展起来的光信号不可避免地存在强度起伏 。
经饱和吸收体时 ， 弱信号遭受较大的损耗 ， 强尖峰信号却衰减很 小 。
q由以上分析可知 ， 被动锁模过程自发完成 ， 无需外加调制信号 ，这种锁模方法虽然简单但却很不稳定 ， 锁模发生率仅为60-70 ,所以常和主动锁模联合使用 。
cL/2 cLT/2 1 锁模技术 第32页/共33页 。

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