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1、调Q技术与锁模技术,怎样思想，就有怎样的生活,短脉冲技术调Q技术与锁模技术是应人们对高峰值功率、窄脉宽激光脉冲的应用需求而发展起来的。两种方式机理不同,压缩的程度也不同。调Q技术可将激光脉宽压缩至纳秒量级(峰值功率达106W以上)。锁模技术可将激光脉宽压缩至皮秒或飞秒量级(峰值功率可达到1012W),第七章激光技术调Q技术的出现和发展,是激光发展史上的一个重要突破,它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。现在,欲获得峰值功率在兆瓦级(105w)以上,脉宽为纳秒级(109s)的激光脉冲已并不困难。7.1调Q技术7.1.1调Q的基本理论一.脉冲固体
2、激光器的输出的驰豫振荡将普通脉冲固体激光器输出的脉冲,用示波器进行观察、记录,发现其波形并非一个平滑的光脉冲,而是由许多振幅、脉宽和间隔作随机变化的尖峰脉冲组成的。,如图(a)所示。每个尖峰的宽度约为011s,间隔为数微秒脉冲序列的长度大致与闪光灯泵浦持续时间相等。图(b)所示为观察到的红宝石激光器输出的尖峰。这种现象称为激光器弛脉冲激光器输出的尖锋结构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,上能级粒子数大量被消耗,导致粒子反转数降低,当低于阀值时,激光振荡就停止。这时,由于光泵的继续
3、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El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特点(1)峰值功率不高,只在阈值附近(2)加大泵浦能量,只是增加尖峰的个数,不能增加峰值功率原因:激光器的阈值始终保持不变,、谐振腔的品质因数Q定义:Q=0储存在腔内的总能量(E)Q的普单位时间内损耗的能量(P)遍定义E=HivN=NP=chevQ=OTR=2TV谐振腔的损耗越小,Q值越高三、调Q的基本原理通
4、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,于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
5、能量释放出来,就获得峰值功率极高的巨脉冲激光输出。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l式中,g是模式数目,A2自发辐射几率,是光子在腔内的寿命,O而t=n|是腔内能量衰减到初始能量的1/所经历的时间所以Q值称为品质因数,它定义为Q=2mvo(腔内存储的能量/每秒损耗的能量)O=2丌WSc/nLQ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)来实现,实现调Q对激光器的基本要求(1)由于调Q是把能量以激
6、活离子的形式存储在激光工作物质的高能态上,集中在一个极短的时间内释放出来,因此,要求工作物质必须能在强泵浦下工作,即抗损伤阈值要高;其次,要求工作物质必须有较长的寿命若激光工作物质的上能级寿命为2则上能级上的反转粒子数n2因自发辐射而减少的速度为n22,这样,当泵浦速率(要大)为W时,在达到平衡情况下,应满足:n2=W则上能级达到最大反转粒子数取决于W为了能使激光工作物质的上能级积累尽可能多的粒子,则要求W2值应大一些,但2也不宜太大,否则会影响能量的释放速度。(2)光泵的泵浦速度必须快于激光上能级的自发辐射速率,即光泵的发光时间(波形的半宽度)必须小于激光介质的上能级寿命。(3)谐振腔的Q值
7、改变要快(最好是突变),一般应与谐振腔建立激光振荡的时间相比拟。,四、调Q激光器的两种储能方式工作物质储能谐振腔储能1.工作物质储能调Q脉冲反射式调Q,简称PRM法(Pulse reflection Model)将能量以激活离子的形式储存在工作物质中。能量储存的时间,取决激光上能级的寿命。w(a)(1)工作过程调Q激光脉冲的建立过程,各参量随时间的变化情况,OL如图所示。图(a)表示泵浦速率W随时间的变化;图(b)表示腔的Q值是时间的阶跃函数(蓝虚线);图(c)表示粒子反转数n的变化;图(d表示腔内光子数更随(d)时间的变化时间,在泵浦过程的大部分时间里谐振腔处于低Q值(Q状态,故阙值很高不能
8、起振,从而激光上能级的粒子数不断积累,直至0时刻,粒子数反转达到最大值n;在这一时刻,Q值突然升高(损耗下降),振荡阈值随之降低,于是激光振荡开始建立。由于此nn;(阈值粒子反转数),因此受激辐射增强非常迅速,激光介质存储的能量在极短的时间内转变为受激辐射场的(a)能量,结果产生了一个峰值功率很高的窄脉冲OL时间,56、书不仅是生活，而且是现在、过去和未来文化生活的源泉。库法耶夫57、生命不可能有两次，但许多人连一次也不善于度过。吕凯特58、问渠哪得清如许，为有源头活水来。朱熹59、我的努力求学没有得到别的好处，只不过是愈来愈发觉自己的无知。笛卡儿60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地走到底，决不回头。左拉,
