激光調(diào)Q技術(shù)是將激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中，從而使激光光源的峰值功率提高幾個數(shù)量級的一種技術(shù)。激光調(diào)Q技術(shù)的基礎(chǔ)是一種特殊的光學(xué)元件--快速腔內(nèi)光開關(guān)，一般稱為激光調(diào)Q開關(guān)或簡稱為Q開關(guān)。激光調(diào)Q技術(shù)的目的是：壓縮脈沖寬度，提高峰值功率。
Q值是評定激光器中光學(xué)諧振腔質(zhì)量好壞的指標(biāo)，一個品質(zhì)因數(shù)。Q值定義=2π×諧振腔內(nèi)儲存的能量/每震蕩周期損耗的能量。
Q值愈高，所需要的泵浦閾值就越低，亦即激光愈容易起振。在一般的脈沖固體激光器中，若不采用特殊的措施，脈沖激光在腔內(nèi)的振蕩持續(xù)時間與光泵脈沖時間(毫秒量級左右)大致相同，因此輸出激光的脈沖功率水平亦總是有限的。
如果采用一種特殊的技術(shù)，使光泵脈沖開始后相當(dāng)長一段時間，有意降低共振腔的Q值而不產(chǎn)生激光振蕩，則工作物質(zhì)內(nèi)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度會不斷通過光泵積累而增大，然后在某一特殊選定的時刻，突然快速增大共振腔的Q值，使腔內(nèi)迅速發(fā)生激光振蕩，積累到較高程度的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)能量會集中在很短的時間間隔內(nèi)快速釋放出來，從而可獲得很窄脈沖寬度和高峰值功率的激光輸出。實現(xiàn)以上目的，最常用的方法是在共振腔內(nèi)引入一個快速光開關(guān)--Q開關(guān)，其在光泵脈沖開始后的一段時間內(nèi)處于“關(guān)閉”或“低Q”狀態(tài)，此時腔內(nèi)不能形成振蕩而粒子數(shù)反轉(zhuǎn)不斷得到增強。在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度達到最大時，腔內(nèi)Q開關(guān)突然處于“接通”或“高Q”狀態(tài)，從而在腔內(nèi)形成瞬時的強激光振蕩，并產(chǎn)生所謂的調(diào)Q激光脈沖輸出到腔外。
下面分別介紹幾種常用的調(diào)Q開關(guān)和工作原理。主動調(diào)Q一般是有電光晶體調(diào)Q，聲光晶體調(diào)Q；被動調(diào)Q一般有可吸收染料調(diào)Q，Cr4：YAG可飽和吸收調(diào)Q。
電光調(diào)Q技術(shù)
利用晶體的電光效應(yīng)，在晶體上加一階躍式電壓，調(diào)節(jié)腔內(nèi)光子的發(fā)射損耗。開始工作時，晶體兩端加一電壓，由于晶體的偏振效應(yīng)，諧振腔的損耗很大，Q值低，激光不振蕩，激光上能級不斷積累粒子數(shù)，Q開光處于關(guān)閉狀態(tài)。某一特定時刻，突然撤去晶體兩端電壓，諧振腔突變至損耗低，Q值高，Q開關(guān)打開，形成巨脈沖激光。典型的Nd：YAG，電光調(diào)Q激光器的輸出光脈沖寬度約為納秒級，峰值功率達到數(shù)兆瓦至數(shù)十兆瓦。適用于脈沖式泵浦激光器。
聲光調(diào)Q技術(shù)
聲光調(diào)Q技術(shù)，是利用聲光器件的布拉格衍射原理完成調(diào)Q任務(wù)。聲光調(diào)Q器件，由聲光互作用介質(zhì)(如熔融石英)和鍵合于其上的換能器所構(gòu)成。換能器將高頻信號轉(zhuǎn)換為超聲波。在激光腔內(nèi)插入聲光調(diào)Q器件，可以產(chǎn)生很高的衍射損耗，此時腔內(nèi)具有很低的Q值，Q開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)激光高能級積累大量粒子數(shù)時，撤除超聲波，衍射效應(yīng)即刻消失，損耗下降，Q開光打開，激光巨脈沖遂即形成。聲光調(diào)Q技術(shù)用于低增益的激光器，可獲得脈寬幾十納秒，功率幾百千瓦的高頻脈沖。但對高能量激光器的開關(guān)能力差，不宜用于高能調(diào)Q激光。
可飽和吸收染料調(diào)Q
某些染料媒質(zhì)具有突變的吸收飽和特點，當(dāng)波長處于其吸收峰附近入射光信號較弱時，染料媒質(zhì)對入射光呈現(xiàn)出非常明顯的吸收趨勢(相當(dāng)于處于“關(guān)閉”狀態(tài))；當(dāng)入射光信號增強到一定程度時，染料媒質(zhì)對入射光突然呈現(xiàn)出明顯的吸收飽和趨勢(相當(dāng)于近似透明的“接通”狀態(tài))。利用某些染料的上述特點，可將其置于共振腔內(nèi)起到調(diào)Q開關(guān)的作用。光泵脈沖開始后的一段時間，工作物質(zhì)的初始受激發(fā)射信號較弱，染料開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)工作物質(zhì)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度達到最大，受激發(fā)射光強增大到足以使染料開關(guān)處于吸收飽和狀態(tài)(或稱為“漂白”狀態(tài))，從而在腔內(nèi)接通振蕩回路并形成調(diào)Q激光輸出。染料調(diào)Q開關(guān)的優(yōu)點是裝置簡單、成本低。不足之處是光化學(xué)穩(wěn)定性較差，調(diào)Q重復(fù)性精度不高。
Cr4：YAG可飽和吸收來調(diào)Q
Cr4：YAG晶體在一定范圍內(nèi)有較強的可飽和吸收特性，因此可用作特定波段激光器的被動調(diào)Q元件。對比于其它被動調(diào)Q元件，Cr4：YAG晶體具有吸收截面大、可飽和吸收穩(wěn)定性好、使用方便的優(yōu)點，因此很適合半導(dǎo)體泵浦的固體激光器產(chǎn)生被動調(diào)Q，同時被動調(diào)Q開關(guān)對激光器的單縱模也有一定的輔助作用。
新的激光調(diào)Q技術(shù)不斷得到開發(fā)和應(yīng)用，其中包括主動調(diào)Q和被動調(diào)Q相結(jié)合的主被動雙調(diào)Q技術(shù)、雙被動調(diào)Q技術(shù)、調(diào)Q鎖模技術(shù)，調(diào)Q技術(shù)在半導(dǎo)體泵浦脈沖激光器中的應(yīng)用，引起了極大的關(guān)注。
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