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激光调Q原理与技术PPT

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激光技术PPT模板讲义

激光技术PPT模板讲义

PTM运转方式： 1. 优点：脉冲宽度窄,峰值功率高 2. 缺点：能量释放时刻难以控制,脉冲噪声大,光束质量难控制
5.3.4 调Q技术的其它功能
调Q的基本功能是获得窄脉宽、高峰值功率的巨脉冲，Q开关不 仅能有效的控制激光能量和功率特性,还可以控制激光的空间和 频率特性
1. 选横模的功能:在临界激光 预激光 状态产生基横模种子,接着Q 开关完全打开,使种子放大,得到功率足够高的基横模激光，
5.4.2 调Q晶体的电极结构
1. KDP类晶体大多采用纵向应用,采用环状电极结构， 2. LN类晶体采用横向应用,采用平板电极结构，
5.4.3 对激光工作物质的要求
1. 储能密度高,上能级寿命长， 2. 抗损伤阈值高，
5.4.4 对光泵浦灯的要求
1. 效率高,与激光工作物质光谱匹配好， 2. 寿命长,可靠性高，
2. 选单纵模的功能 3. 开始时,Q开关处于不完全关闭的状态，在靠近中心频率附近
形成单纵模振荡,而后Q开关完全打开,以之为种子获得单纵模脉 冲激光输出，
第四节 设计电光调Q激光器应考虑的问题
5.4.1 调Q晶体材料的选择
1. 消光比高,晶体折射率的均匀性好 2. 透过率高， 3. 半波电压低,驱动功率低， 4. 抗破坏阈值高， 5. 晶体防潮,KDP类晶体易潮解,LN晶体不潮解
实现方式一：
1. 储能过程 首先电光晶体上不加电压,积累反转粒子数,而后在电光晶体上加 上半波电压,Q值突增,激光振荡迅速形成，
2. 释放过程 当腔内激光振荡的光子密度达到最大值时,迅速撤去晶体上的电 压,腔内存储的最大光能量瞬间透过棱镜P2而耦合输出，
实现方式二：
1. 储能过程 首先电光晶体上加/4电压,Q开关处于关闭状态,积累反转粒子 数,而后瞬间撤去电压,Q值突增,激光振荡迅速形成，

激光器的基本技术激光调Q技术讲解课件

激光器的基本技术激光调Q技术讲解课件
的数字通信。
测量领域
利用激光的高亮度和相干性好 的特点，实现高精度的测量和 定位。
军事领域
利用激光的高亮度和方向性好 的特点，实现远距离的探测、 跟踪和瞄准。
工业领域
利用激光的高亮度和高能量密 度的特点，实现各种加工和制 造，如切割、焊接、打标等。
02
激光调Q技术介绍
调Q技术的定义
调Q技术
调Q技术是一种控制激光器输出 脉冲宽度的技术，通过调节激光 器的腔长或腔内损耗，使激光器 在脉冲状态下工作，从而获得短 脉冲和高峰值功率的激光输出。
当激光器处于低损耗状态时，腔内的光子数会逐渐增加，当腔内的光子数达到最 大值时，突然关闭腔的损耗，使腔内光子数突然剧增，导致激光器产生单脉冲输 出。
调Q技术的实现方式
机械方式
通过调节反射镜或光学元件的位 置来实现腔长或折射率的调节。
电学方式
通过改变腔内电场的分布来实现 折射率的调节。
调Q技术的优缺点
调Q技术的原理
调Q技术的原理是通过调节激光 器的腔长或腔内损耗，使激光器 在脉冲状态下工作。在脉冲状态 下，激光器的输出功率和光束质 量得到显著提高，从而获得短脉 冲和高峰值功率的激光输出。
调Q技术的分类
调Q技术可以分为被动调Q和主动 调Q两大类。被动调Q技术利用某 些材料的物理特性（如非线性折 射率变化）来实现腔内损耗的调 节；主动调Q技术则通过外部控 制电路或声光调制器等设备来实 现腔内损耗的调节。
等优点。
激光调Q技术在工业领域的应用
激光调Q技术在工业领域的应用也非常广泛，它可以用于加工各种材料，如金属、 非金属、复合材料等。
激光调Q技术还可以用于制造各种产品，如激光打印机、激光投影仪、激光传感器 等。

新激光ppt课件第八章 调Q技术与锁模技术

新激光ppt课件第八章 调Q技术与锁模技术

nL tc
式中tc
nL
c
为光子在腔内的寿命
d (G c 1 )
dt
n tc
d (G c 1 )
dt
n tc
当增益=损耗时，即为阈值条件
令 t tc
Gt
n ct c
则 d d (tcG n c1) (G G t 1)
GN
d
d
dN
N (
Nt 2
1) N
d
Nt
2.速率方程的解
1.工作物质储能调Q(PRM) 也叫脉冲反射式调Q.它是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于激 光上能级的寿命.
(1).工作过程
(2).Q脉冲形成的三个时刻 (3).特点
Hale Waihona Puke 2.谐振腔储能调Q(PTM) 也叫脉冲透射式调Q.它是将能量以光子的
形式储存在谐振腔中,当腔内光子数密度达到最大 值时瞬间将腔内能量全部输出，因而也叫腔倒空法。
和选择合适的谐振腔，以降低Nt.
六、调Q方法
1. 电光调Q
电光调Q装置如图， 激光腔中插入起偏振片 及作为Q开关的KD*P晶 体。
原理:
电光调Q装置示意图
电光调Q激光器如图。未加电场前晶 体的折射率主轴为x、y、z。沿晶体光轴 方向z施加一外电场E ,由于普克尔效应, 主轴变为 x 、y 、z 。令光束沿z轴方向传 播,经偏振器后变为平行于Z轴的线偏振光, 入射到晶体表面时分解为等幅的 x 和 y 方 向的偏振光,在晶体中二者具有不同的折 射率 X 和 y 。经过晶体长度d距离后,二 偏振分量产生了相位差δ
由于一级衍射光偏离谐振腔而导致损耗增加,从而 使激光振荡难以形成,激光高能级大量积累粒子。若 这时突然撤除超声场,则衍射效应即刻消失,谐振腔损 耗突然下降,激光巨脉冲遂即形成。

激光器的基本技术激光调Q技术讲解课件

激光器的基本技术激光调Q技术讲解课件

微型化与集成化
新材料与新波段
微纳激光器、芯片上集成激光器等技术的 发展，为光通信、光互联等领域提供有力 支撑。
探索新型激活介质与光学材料，拓展中红 外、太赫兹等波段的激光技术与应用。
02
激光调Q技术原理及优势
调Q技术基本原理
调Q开关
通过调节激光腔内的Q值来控制激光的输出。Q值高时，激光腔内存储能量多 ，输出激光脉冲峰值功率高；Q值低时，激光腔内能量损失多，输出激光脉冲 宽度窄。
的相关参数。
数据处理
02
对采集到的光信号进行处理，如滤波、放大等，以提取有效信
息。
数据分析
03
采用统计方法对处理后的数据进行分析，如计算平均值、标准
差等。
结果展示和讨论
结果展示
将实验结果以图表形式进行展示，如绘制光信号波形图、功率谱 图等。
结果讨论
根据实验结果进行讨论，分析激光调Q技术对激光器性能的影响 及其可能原因。
参数设置和影响因素分析
初始参数设置
根据激光器类型和实验条件，设置初始参数 ，如增益系数、损耗系数、腔长等。
调Q参数设置
设置调Q开关的参数，如调制频率、调制深度等， 实现不同的调Q效果。
影响因素分析
分析增益介质特性、泵浦源特性、腔镜反射 率等因素对激光器性能的影响，为性能优化 提供依据。
性能优化策略提出
窄脉冲宽度
调Q技术可以将激光脉冲压缩至纳秒甚至皮秒量级，有利于实现高精度、高质量的激光加 工和微观探测。
广泛应用
调Q技术在激光加工、医疗、科研、军事等领域有着广泛的应用。例如，可以用于切割、 焊接、打孔等激光加工过程，也可以用于激光雷达、光谱分析、非线性光学等科研领域。
03

调Q技术PPT课件

调Q技术PPT课件

2、加 U : 相当于四分之一波片,使入射线偏振光变 为椭圆偏2 振光
若=45，则出射椭圆偏振光变为圆偏振光
31
7、常用电光晶体工作模式
(1)磷酸氢钾(KDP) 电场与光传播方向都沿z轴(纵) 两本征偏振光方向分别沿x、y
(2)铌酸锂(LN) a)电场沿x轴，光传播方向沿z轴(横) 两本征偏振光方向分别沿x、y b)电场沿y轴，光传播方向沿z轴(横) 两本征偏振光方向分别沿x、y
tr
tp dt
tr
c
nt nr
n(n0
dn lnn0
n)
nt n nt
te
te dt
tp
c
ne nt
n(n0
dn lnn0
n)
nt n nt
14
3、脉冲宽度的特点
te
c
(
n0 nt
)1
<
(
n0 nt
)
2
tr
1
c
n0
2
nt
t
(比1)后增沿大减 小nn 0t ,的脉更冲显的著前、后沿均减小，其中前沿
二、调Q基本概念
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
2
三、工作原理 1、腔损耗 (1)t<0(Q开关打开前):
(2)t>0(Q开关打开后): (>> )
2、阈值反转粒子数
(1)t<0: nt
( nt>>nt) 3、泵浦速率
n0 lnn0 nf 0
nt
nf nt
n0lnn0 nf n0 0 nt nf n0 nt

激光调Q原理与技术PPT

激光调Q原理与技术PPT

2
Ln 3oE
L：晶体沿通光方向长度 ：真空中光波长
5、半波电压
使相移等于所须电压
纵向电光效应 横向电光效应
U
2no3
U
2no3
H L
H:晶体沿电场方当于半波片,使入射线偏振光的偏振方
向绕任一本征偏振光的偏振方向转过2角(为入
射线偏振光与该本征偏振光的夹角)
x y z 45
LN 全反镜
45
• 当 =/2 时，所需电压称作四分之一波电压 ，记作V/4；电光晶体上施以电压 V/4 时， 从偏振器出射的线偏振光经电光晶体后，沿 x′和 x′方向的偏振分量产生了 /2 位相延迟 ，经全反射镜反射后再次通过电光晶体后又 将产生 =/2 延迟，合成后虽仍是线偏振光 ，但偏振方向垂直于偏振器的偏振方向，因 此不能通过偏振器。
• 这种情况下谐振腔的损耗很大，处于低Q值状态，激光器不 能振荡，激光上能级不断积累粒子；
• 如果在某一时刻，突然撤去电光晶体两端的电压，则谐振 腔突变至低损耗、高Q值状态，于是形成巨脉冲激光。
电光Q开关原理及技术
电光Q开关原理
16
一、弛豫振荡现象
调Q原理与技术 §1 调Q原理
1、现象
普通脉冲激光器输出波形由一系列不规则的尖峰脉 冲组成
2、解释
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
3、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
4、原因
激光器的阈值始终保持不变
te:光子数密度降到m/2的时刻, 相应反转粒子数密度为ne
t
§2 转镜调Q激光器
一、工作原理
1、Q开关开启 激光

电光调Qppt课件

电光调Qppt课件

e'光
➢施加半波电压情况Vx V 2
E
o e
C
n0 sin 45 ne sino o 450 2012 ne sin 45 n0 sine 450 e 205
o 47 012
4028 o'光
z e 42055 x 4039
F
y
B
D
e
A
xo
A n0
B B 450 450
4. o、e光走的路程不同，因此当 Vx V 时，o、e光并非完
全旋转90度。
2
12
2.3.2 单块双450电光调Q器件
双450 Q开关的特点 优点：
比较成熟，激光 能量达200mJ，
脉宽6~10ns
1. 双 450 电光Q开关可以省去偏振器，适用于产生自然光 的YAG、钕玻璃等。一块晶体相当于三个元件。
16
§2.4 设计电光调Q激光器应考虑的问题
一、调制晶体材料的选择
选择电光晶体材料应注意的几个技术指标： ✓半波电压要低
KD＊P晶体的半波电压为6000伏，远比KDP低 ；LiNbO3 晶体的半波电压～9000（d/L），一般在2000～3000伏。
✓抗破坏阈值要高
KDP类晶体可达500MW/cm2(极限)；大都数普克尔盒Q开
两点结论
✓单块双45度LiNbO3晶体，第一个45度反射面的前段相当 于一个起偏器，它能产生o光和e光两束线偏光，第二个45 度反射面的后段相当于一个检偏器，所以双45度LN晶体等 效于在两个偏振器之间夹一块调制晶体。
✓当在晶体上加有半波电压时，通过晶体的o光和e光都偏 离原入射光的传播方向，这时Q开关处于“关闭”状态， 当光泵激励工作物质，上能级反转粒子数积累到最大值时， 瞬间撤去半波电压，则o光和e光经晶体后的出射光平行于 入射光，Q开关打开，激光振荡得以形成得到巨脉冲。11

最新激光原理-激光技术教学讲义ppt

最新激光原理-激光技术教学讲义ppt

图21.1. -73 Q开关激光脉冲建立过程
在泵浦过程的大部分时间里谐振腔处于低Q值(Qo)状态，故阈值很 高不能起振，从而激光上能级的粒子数不断积累，直至 t0时刻， 粒子数反转达到最大值△ni，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△ni >>△nt(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
设三个振动频率分别为ν1 、 ν2 、 ν3 的三个光波沿同一方向传播，
且有关系式： ν3=3ν1，
ν2= 2ν1 , E1 = E 2 =E3 = E0
若相位未锁定，则此三个不
E(t)
v3=3v1, v2=2v1， 初相位无 规 律
E0
-E0
I(t)
v2 v3
v1
同频率的光波的初位相 1 、 2 、 3 彼此无关，如左图， 由于破坏性的干涉叠加，所
可以推得总光强：
N 2
E
2 m
该式说明了平均光强是各个纵模光强之和,每
个脉冲的宽度 约为：
1
q
假如各个模的振幅及相位都固定，也可推得输出脉冲的峰值功率
正比于
N
2
E
2 0
，因此，由于锁模，峰值功率增大了N倍。
每个脉冲的宽度
窄的锁模脉冲。
1 1 , 可见增益线宽愈宽，愈可能得到
N q
二、锁模的基本原理 先看三个不同频率光波的叠加：Ei = E0cos(2π νi t+ i ) i=1,2,3
21世纪的激光技术与产业的发展将支撑并推进高速宽带海量的光通信以及网络通信并将引发一场照明技术革命小巧可靠寿命长节能半导体led发光将主导市场此外将推出品种繁多的光电子消费类产品如vcddvd数码相机新型彩电掌上电脑电子产品智能手机手持音响播放设备摄影投影和成像办公自动化光电设备如激光打印传真和复印等以及新型的信息显示技术产品如crtlcd及pdpfedoel平板显示器等并进入人们的日常生活中

固体激光器及其调Q工作原理

固体激光器及其调Q工作原理

KDP磷酸二氢钾
BBO硼酸钡
LN铌酸锂
LGS硅酸镓镧
RTP磷酸钛氧铷
声光调Q
• 声波在声光介质中传播，会使该介质折射率发生周期变化， 可视为等效位相光栅
• 激光经过该声光介质，发生一级衍射，方向偏离谐振腔， 谐振腔损耗增加，高Q值
• 撤去超声场，衍射消失，Q值骤降
饱和吸收调Q
(I) 0
1
I Ic
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固体激光器及其调Q工作原理
发展历程
特点
应用
激光器的构成
• 泵浦——提供能量 • 工作物质——受激辐射，产生激光 • 谐振腔——光放大、选模
激光器的分类
CO2
固体激光器
激光产生机制
调Q
• 调Q技术又叫Q开关技术，是将一般输出的连续激光能量压 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。
电光调Q

n
x
'

n0

1 2
n
3 0

Ez


n
y
'n0源自1 2n3 0

Ez
nn03Ez
n03
Vz l
2nl2n03Vz
电光调Q
Ex' Acoswt
Ey' Acos(wt ) ,合 成 为 圆 偏 振 光 ， 经 全 反 镜 反 射 ， 再 次 经 过 电 光 晶 体 ，
2
相 位 差 为 合 成 为 y 方 向 线 偏 振 光 ， 无 法 通 过 偏 振 片 。
V 4=4 n 0 3 ， 为 晶 体 两 端 所 加 调 Q 电 压 。

调Q激光器分解课件

调Q激光器分解课件

医疗美容
调Q激光器在医疗和美容 领域的应用也日益广泛， 如激光治疗、皮肤美容等 。
调Q激光器的发展历程
起源
调Q激光器最早起源于20 世纪60年代，当时主要用 于军事领域。
发展
随着科技的进步，调Q激 光器的性能不断提高，应 用领域也不断拓展。
现状
目前，调Q激光器已经成 为激光技术领域的重要分 支，在各个领域得到广泛 应用。
调Q激光器的小型化与集成化
小型化
随着微纳加工技术的发展，调Q激光 器有望实现更小尺寸，便于携带和集 成。
集成化
将调Q激光器与其他光器件集成在同 一芯片上，实现光子集成回路，降低 成本并提高稳定性。
调Q激光器的智能化与网络化
智能化
通过引入人工智能技术，实现调Q激光器的智能控制和优化，提高其输出光束 质量和稳定性。
重要影响。
04
当Q开关关闭时，谐振腔的损耗增加，导致激光无法 形成振荡；当Q开关打开时，谐振腔的损耗减小，激 光迅速增长并形成脉冲输出。
03 调Q激光器的特性与性能
CHAPTER
调Q激光器的输出特性
输出波长范围
01
调Q激光器的输出波长范围广泛，可覆盖可见光到近红外波段，
满足不同应用需求。
输出光束质量
04
在调Q激光器中，选择合适的泵浦源需要根据实际需求和条件进行选 择。
Q开关
Q开关是调Q激光器中的关键元件，它通过控制谐振 腔的品质因子（Q值）来实现脉冲激光输出。
输标02入题
Q开关通常采用可饱和吸收体或声光调制器等元件实 现，通过调节其工作状态来控制谐振腔的损耗。
01
03
Q开关的性能参数包括脉冲宽度、重复频率和脉冲能 量等，这些参数对调Q激光器的输出特性和应用具有
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2、类型
(1)纵向电光效应:电场方向与光传播方向一致 (2)横向电光效应:电场方向与光传播方向垂直
电光调Q装置示意图
3、折射率差
加电场后两个正交的本征偏振光折射率之差
n no3E
no:晶体o光主折射率 E:直流电场强度 :晶体有效电光系数
4、相移
入射线偏振光通过晶体后两本征模产生的相位差
2
Ln
二、调Q基本概念
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
n n0 nr nt ne
m m
2
t
tr te
tr tp te
tp:光子数密度达到m的到m/2的时刻, 相应反转粒子数密度为nr
2
Ln 3oE
L：晶体沿通光方向长度 ：真空中光波长
5、半波电压
使相移等于所须电压
纵向电光效应 横向电光效应
U
2no3
U
2no3
H L
H:晶体沿电场方 向的长度
6、电光晶体的作用
1、加U : 相当于半波片,使入射线偏振光的偏振方
向绕任一本征偏振光的偏振方向转过2角(为入
射线偏振光与该本征偏振光的夹角)
• 这种情况下谐振腔的损耗很大，处于低Q值状态，激光器不 能振荡，激光上能级不断积累粒子；
• 如果在某一时刻，突然撤去电光晶体两端的电压，则谐振 腔突变至低损耗、高Q值状态，于是形成巨脉冲激光。
电光Q开关原理及技术
电光Q开关原理
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一、弛豫振荡现象
调Q原理与技术 §1 调Q原理
1、现象
普通脉冲激光器输出波形由一系列不规则的尖峰脉 冲组成
2、解释
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
3、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
4、原因
激光器的阈值始终保持不变
若=45，则入、出射线偏振光方向 互相垂直
2、加 U: 相当于四分之一波片,使入射线偏振光变 为椭圆偏2 振光
若=45，则出射椭圆偏振光变为圆偏振光
7、常用电光晶体工作模式
(1)磷酸氢钾(KDP)
电场与光传播方向都沿z轴(纵) 两本征偏振光方向分别沿x、y (2)铌酸锂(LN)
a)电场沿x轴，光传播方向沿z轴(横) 两本征偏振光方向分别沿x、y b)电场沿y轴，光传播方向沿z轴(横) 两本征偏振光方向分别沿x、y
x y z 45
LN 全反镜
45
• 当 =/2 时，所需电压称作四分之一波电压 ，记作V/4；电光晶体上施以电压 V/4 时， 从偏振器出射的线偏振光经电光晶体后，沿 x′和 x′方向的偏振分量产生了 /2 位相延迟 ，经全反射镜反射后再次通过电光晶体后又 将产生 =/2 延迟，合成后虽仍是线偏振光 ，但偏振方向垂直于偏振器的偏振方向，因 此不能通过偏振器。
二、电光调Q工作原理
1、Q开关开启
激光
输出镜
2、Q开关关闭
电光器件 全反镜
激光介质 起偏镜
检偏镜
电光器件 + 全反镜
输出镜
激光介质 起偏镜 - 检偏镜
三、电光调Q激光器装置
1、带偏振器的KDP电光调Q激光器
激光
YAG
KDP
全反镜
输出镜
氙灯
偏振器
2、双45LN电光调Q激光器
激光
YAG
输出镜
氙灯
U 2
te:光子数密度降到m/2的时刻, 相应反转粒子数密度为ne
t
§2 转镜调Q激光器
一、工作原理
1、Q开关开启 激光
半反
2、Q开关关闭
半反
激光介质 激光介质
转镜 转镜
二、装置
镜架
磁头
棱镜
磁钢
电动机
激光介质
光泵 电源
半反 激光
触发电路
电光调Q激光器
一、电光效应
1、定义
沿电光晶体的某一特定方向加直流电场后,在光轴 方向上产生双折射现象，即入射线偏振光将分解 为两个偏振方向正交的本征偏振光