调 Q 光纤激光器类型及其工作原理调 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
调 Q 技术的目的是压缩脉冲宽度,提高峰值功率
普通的脉冲激光器,光脉冲的宽度约在 ms 级,峰值功率也只有几十 kw
而调 Q 激光器,光脉冲的宽度可以压到 ns 级,峰值功率也已达到 MW
调 Q 的基本原理通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(一般为几十千瓦数量级)
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能量释放出来,就获得峰值功率极高的巨脉冲激光输出
所以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
Q 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 a 总)来实现
调 Q 技术就是通过某种方法使腔的 Q 值随时间按一定程序变化的技术
或者说使腔的损耗随时间按一定程序变化的技术
Q 开关激光器的特点(1) 通过改变 Q 值一一改变阈值,控制激光产生的时间
(2) 调 Q 激光脉冲的建立过程,各参量随时间的变化情况,如右图所示
(3) 图(a)表示泵浦速率 Wp 随时间的变化;(4) 图(b)表示腔的 Q 值是时间的阶跃函数(蓝虚线)