調(diào)Q技術(shù)就是通過某種方法使腔的Q值隨時(shí)間按一定程序變化的技術(shù)。在泵浦開始時(shí)使腔處在低Q值狀態(tài),即提高振蕩閾值,使振蕩不能生成,上能級的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)就可以大量積累,當(dāng)積累到最大值(飽和值)時(shí),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(shí)間內(nèi)上能級的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)被消耗,轉(zhuǎn)變?yōu)榍粌?nèi)的光能量,在腔的輸出端以單一脈沖形式將能量釋放出來,于是就獲得峰值功率很高的巨脈沖激光輸出。
聲光Q開關(guān)是利用聲光相互作用以控制光腔損耗的Q開關(guān)技術(shù)。聲光調(diào)Q是通過電聲轉(zhuǎn)換形成超聲波使調(diào)制介質(zhì)折射率發(fā)生周期性變化, 對入射光起衍射作用, 使之發(fā)生衍射損耗,Q值下降, 激光振蕩不能形成。在光泵激勵(lì)下其上能級反轉(zhuǎn)粒子數(shù)不斷積累并達(dá)到飽和值, 之后突然撤除超聲場, 衍射效應(yīng)立即消失, 腔內(nèi)Q值猛增, 激光振蕩迅速恢復(fù), 其能量以巨脈沖形式輸出。這是一種廣泛應(yīng)用的Q開關(guān)方式,其主要優(yōu)點(diǎn)是重復(fù)頻率高,性能穩(wěn)定可靠。
典型的聲光Q開關(guān)主要由三部分組成:電聲轉(zhuǎn)換器、聲光介質(zhì)和吸聲材料。電聲換能器與聲光介質(zhì)如熔石英、鉬酸鉛(PbMO4)晶體等構(gòu)成聲光器件。電聲換能器加電后,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(fā)生周期變化,對相對聲波方向以某一角度傳播的光波來說,相當(dāng)于一個(gè)相位光柵。于是,在超聲場中光波發(fā)生衍射,改變傳播方向,這就是聲光衍射效應(yīng)。聲光調(diào)Q的原理簡述如下:當(dāng)聲光介質(zhì)中有高頻(40MC)超聲行波傳播時(shí),由于布拉格衍射,入射光Ii的一部分偏離到布拉格角Id的方向。偏角衍射效率Id(L)/Ii(0)=Sin2(ηL)=sin2()式中,P為超聲功率,M為聲光品質(zhì)因素,M=n6p2/ρVS3. n,p,ρ分別表示材料的折射率,光彈性系數(shù)和密度。L/h為換能器長寬比,λ0為真空波長。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于小訊號增益,此時(shí),振蕩停止,激活介質(zhì)(YAG棒)借助光泵浦積累粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。在某一個(gè)時(shí)刻,如果去掉超聲行波,則由于激活介質(zhì)有很高的儲(chǔ)能,所以,產(chǎn)生強(qiáng)的振蕩脈沖――即聲光調(diào)Q脈沖。如果用一定頻率的脈沖調(diào)制器調(diào)制射頻發(fā)生器,使聲光介質(zhì)中有相同重復(fù)頻率的射頻超聲場時(shí),就能獲得重復(fù)頻率工作的聲光Q開關(guān),激光器將以重復(fù)頻率狀態(tài)輸出激光巨脈沖.
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