調Q技術就是通過某種方法使腔的Q值隨時間按一定程序變化的技術。在泵浦開始時使腔處在低Q值狀態,即提高振蕩閾值,使振蕩不能生成,上能級的反轉粒子數就可以大量積累,當積累到最大值(飽和值)時,突然使腔的損耗減小,Q值突增,激光振蕩迅速建立起來,在極短的時間內(nei) 上能級的反轉粒子數被消耗,轉變為(wei) 腔內(nei) 的光能量,在腔的輸出端以單一脈衝(chong) 形式將能量釋放出來,於(yu) 是就獲得峰值功率很高的巨脈衝(chong) 激光輸出。
聲光Q開關(guan) 是利用聲光相互作用以控製光腔損耗的Q開關(guan) 技術。聲光調Q是通過電聲轉換形成超聲波使調製介質折射率發生周期性變化,對入射光起衍射作用,使之發生衍射損耗,Q值下降,激光振蕩不能形成。在光泵激勵下其上能級反轉粒子數不斷積累並達到飽和值,之後突然撤除超聲場,衍射效應立即消失,腔內(nei) Q值猛增,激光振蕩迅速恢複,其能量以巨脈衝(chong) 形式輸出。這是一種廣泛應用的Q開關(guan) 方式,其主要優(you) 點是重複頻率高,性能穩定可靠。
典型的聲光Q開關(guan) 主要由三部分組成:電聲轉換器、聲光介質和吸聲材料。電聲換能器與(yu) 聲光介質如熔石英、鉬酸鉛(PbMO4)晶體(ti) 等構成聲光器件。電聲換能器加電後,將超聲波饋入聲光材料,聲波是疏密波,聲光材料的折射率發生周期變化,對相對聲波方向以某一角度傳(chuan) 播的光波來說,相當於(yu) 一個(ge) 相位光柵。於(yu) 是,在超聲場中光波發生衍射,改變傳(chuan) 播方向,這就是聲光衍射效應。聲光調Q的原理簡述如下:當聲光介質中有高頻(40MC)超聲行波傳(chuan) 播時,由於(yu) 布拉格衍射,入射光Ii的一部分偏離到布拉格角Id的方向。偏角θB由布拉格公式決(jue) 定:2λsSinθB=λ0/n=λ。代入以下的數據:聲速VS=5.97KmS;聲頻fs=40MC;折射率n=1.46;真空波長λ0=1.06um.求得θB=0.1390
衍射效率Id(L)/Ii(0)=Sin2(ηL)=sin2()
式中,P為(wei) 超聲功率,M為(wei) 聲光品質因素,M=n6p2/ρVS3.n,p,ρ分別表示材料的折射率,光彈性係數和密度。L/h為(wei) 換能器長寬比,λ0為(wei) 真空波長。如果衍射光Id占的百分比足夠大,則可能使光腔的總損耗大於(yu) 小訊號增益,此時,振蕩停止,激活介質(YAG棒)借助光泵浦積累粒子數的反轉。在某一個(ge) 時刻,如果去掉超聲行波,則由於(yu) 激活介質有很高的儲(chu) 能,所以,產(chan) 生強的振蕩脈衝(chong) ――即聲光調Q脈衝(chong) 。如果用一定頻率的脈衝(chong) 調製器調製射頻發生器,使聲光介質中有相同重複頻率的射頻超聲場時,就能獲得重複頻率工作的聲光Q開關(guan) ,激光器將以重複頻率狀態輸出激光巨脈衝(chong) .
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