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调Q激光临床应用范围
调Q激光是一种高效的激光技术，广泛应用于医疗美容领域。
它以
其快速脉冲和高功率密度而闻名，适用于多种皮肤问题的治疗。
在临
床应用中，调Q激光有着广泛的应用范围，涉及皮肤美容、祛斑祛痣、脱毛等多个领域。
首先，调Q激光可用于治疗色素性疾病，如雀斑、黄褐斑、太田痣等。
这些色素性疾病给患者的外貌带来了不少困扰，而调Q激光能够
利用其高能量脉冲将色素颗粒粉碎，使色素逐渐减退，从而达到祛斑
的效果。
其次，调Q激光也可以用于祛痣。
一些人体上的痣可能会给患者带
来不便或困扰，而调Q激光能够精确作用于痣部位，将其分解并逐渐
消失，让患者摆脱烦恼。
除此之外，调Q激光还可以用于脱毛。
在脱毛过程中，激光能够穿
透皮肤表层直达毛囊，通过光能被毛囊色素吸收，产生热能灼伤毛囊，从而遏制毛发再生，实现永久脱毛的效果。
此外，调Q激光还广泛用于皮肤表面的磨削和去除。
通过调Q激
光去除皮肤上的疤痕、皱纹和疣等，使皮肤恢复平滑、光洁，提升美
观度。
总的来说，调Q激光在医疗美容领域有着广泛的应用范围，能够有
效解决多种皮肤问题，帮助患者重拾自信、美丽。
未来随着科技的不
断进步，调Q激光技术也将得到更广泛的应用和发展，为人们带来更多健康美丽的可能。
1.调 Q的基本理论（1）脉冲固体激光器输出的弛豫振荡用示波器观察普通脉冲固体激光器输出的一个脉冲，发现它的波形并不是一个平滑的光脉冲，而是一系列不规则变化的尖峰脉冲组成。
每个尖峰脉冲的宽度为0.1 —1μs，间隔为5—10μs。
光泵越强，尖峰脉冲个数越多，但其包络的峰值增加并不多。
将这种现象称为激光器输出的弛豫振荡( 或尖峰振荡) 。
图6.2.1 所示为实测到的钕玻璃脉冲激光器的输出波形。
图 6.2.1脉冲激光器的输出波形。
弛豫振荡现象形成的主要原因是：随着光泵的作用，激光器达到其振荡阈值产生激光振荡，腔内光子数密度上升，输出激光。
随着激光的发射，上能级粒子数被大量消耗，使反转粒子数密度下降，到低于阈值时，激光发射停止。
此时由于光泵的继续抽运，反转粒子数密度重又上升，到高于阈值时，产生第二个激光脉冲。
如此往复，直至光泵停止上述过程才结束。
由于每个尖峰脉冲均产生于阈值附近，故脉冲的峰值功率水平不高，且增大泵浦能量也无助于提高其峰值功率，只能是增加尖峰脉冲的个数。
在脉冲形成的过程中，激光器的阈值始终保持不变是产生弛豫振荡最根本的原因。
（ 2）谐振腔的品质因数在电子技术中，用 Q 值来描述一个谐振回路质量的高低。
在激光技术中，用 Q 值来描述一个谐振腔的质量，称其为谐振腔的品质因数。
激光器的损耗可以用单程损耗来描绘，也可以用品质因数Q值描绘，其定义为：谐振腔内储存的能量Q2品质因数是激光谐振腔的性能指标，与腔中介质的增益系数无关，光强I0在谐振腔传播 z 距离后会减弱为：I I 0 exp( a总 z) I 0 exp a总c t(6.1.1)其中μ为介质折射率， c 为真空中光速， t 为光在腔内传播距离z 所需的时间，则 t 时刻腔中光子数密度与光强的关系为：I (t ) N ( t)h0c(6.1.2)上式可以改写为光子数密度的形式：a总 c tN(t) N0 exp t N0 expc(6.1.3)体积为 V 的谐振腔内存储的能量为：W N (t)Vhν(6.1.4)每振荡周期损耗的能量为：cPWN (t)Vha总cνc 0(6.1.5) a总 c其中为光子的平均寿命。
1.调Q技术：时间上压缩激光的能量，不同使Q值变化的方法称为不同的调Q技术。
2.调Q过程：
无受激辐射，有受激吸收
振荡不能形成
不同调Q技术提高振荡阈值开始时腔处于低Q值状态（不成腔）
反转粒子集聚
饱和转变为腔内光能量
腔处于高Q值状态（瞬间成腔）以光脉冲输出
消耗反转粒子
4.电光调Q实质：当晶体在外加高压电场下，晶体性质发生改变，从而导致激光光路发生改变，达到提高腔内损耗和降低腔内损耗的效果。
2.什么是普克尔效应？
普克尔斯效应，即普克尔斯电光效应的简称，又称为电光效应或克尔电光效应（克尔效应）。
分为两种情况：一级电光效应和二级电光效应。
一级电光效应指折射率的变化与外加场强成正比（如压电晶体），由德国晶体物理学家普克尔斯（F. Pockels）于1893年首先预期，后来在石英等晶体得到证实。
故又称为普克尔斯效应。
二级电光效应指折射率的变化与外加场强的平方成正比（如气体、液体和玻璃态固体），由英国物理学家克尔（John Kerr）于1875年首先在玻璃上发现，故又称克尔效应。
激光调Q技术讲解关键信息项：1、激光调 Q 技术的定义和原理2、调 Q 技术的分类3、调 Q 技术的实现方法4、调 Q 技术的性能参数5、调 Q 技术的应用领域6、调 Q 技术的优势和局限性7、调 Q 技术的发展趋势11 激光调 Q 技术的定义和原理激光调 Q 技术是一种用于获得高峰值功率、窄脉宽激光脉冲的技术。
其基本原理是通过改变激光谐振腔的损耗，在短时间内实现激光增益的快速积累和释放，从而产生高能量、短脉冲的激光输出。
在普通的连续或长脉冲激光运转中，由于增益介质的反转粒子数在激发过程中逐渐积累，同时受激辐射也在持续发生，导致激光输出功率相对较低且脉冲宽度较宽。
而调 Q 技术通过控制谐振腔的损耗，使得在泵浦初期，谐振腔处于高损耗状态，抑制激光振荡的产生，从而让增益介质中的反转粒子数得以大量积累。
当反转粒子数达到一定程度时，突然降低谐振腔的损耗，使得积累的反转粒子数在极短的时间内以受激辐射的形式快速释放，形成高峰值功率、窄脉宽的激光脉冲。
111 调 Q 技术的物理基础调 Q 技术的实现基于激光增益介质的粒子数反转、受激辐射以及谐振腔的特性。
增益介质中的粒子在泵浦源的作用下被激发到高能态，形成粒子数反转分布。
当光子在谐振腔内往返传播时，通过受激辐射过程不断放大，同时受到谐振腔损耗的影响。
112 调 Q 技术的数学模型为了更深入地理解和分析调 Q 技术，可以建立相应的数学模型。
这些模型通常基于速率方程，描述增益介质中粒子数的变化以及光场的演化。
12 调 Q 技术的分类调 Q 技术主要分为主动调 Q 和被动调 Q 两大类。
121 主动调 Q主动调 Q 是通过外部的驱动信号来控制谐振腔的损耗。
常见的主动调 Q 方法包括电光调 Q、声光调 Q 等。
电光调 Q 利用电光晶体的电光效应，通过施加外加电场来改变晶体的折射率，从而改变谐振腔的损耗。
声光调 Q 则是基于声光晶体的声光衍射效应，利用超声波在晶体中产生的折射率光栅来改变谐振腔的损耗。
激光调q原理激光调Q原理。
激光调Q技术是一种能够产生超短脉冲激光的技术，它在许多领域中都有着重要的应用，比如材料加工、医学影像、光通信等。
激光调Q技术的原理是通过调制激光器内部的损耗或增益，来实现脉冲的产生和放大。
在本文中，我们将详细介绍激光调Q技术的原理及其应用。
激光调Q技术的原理主要涉及到激光器内部的损耗或增益调制。
在激光器中，激光的产生是通过激发介质中的原子或分子来实现的。
当这些原子或分子处于激发态时，它们会通过受激辐射的过程释放出光子，从而产生激光。
而在调Q技术中，我们需要对激光器内部的损耗或增益进行调制，来实现脉冲的产生和放大。
激光调Q技术的一个重要应用是在超快激光领域。
超快激光在纳秒、皮秒甚至飞秒时间尺度上工作，它在材料加工、医学影像、光通信等领域都有着重要的应用。
激光调Q技术能够产生高峰值功率、窄脉冲宽度的超短脉冲激光，从而可以实现高精度的材料加工，高分辨率的医学影像，以及高速率的光通信传输。
除了在超快激光领域，激光调Q技术还有着其他的应用。
比如，在激光雷达中，激光调Q技术可以实现高峰值功率的激光脉冲，从而提高雷达的探测距离和分辨率。
在激光制导武器中，激光调Q技术可以产生高能量密度的激光脉冲，提高武器的毁伤效果。
在激光医疗领域，激光调Q技术可以实现对肿瘤等病变组织的精确治疗。
总的来说，激光调Q技术是一种能够产生超短脉冲激光的重要技术，它在超快激光、激光雷达、激光制导武器、激光医疗等领域都有着重要的应用。
通过调制激光器内部的损耗或增益，激光调Q技术可以实现高峰值功率、窄脉冲宽度的超短脉冲激光，从而可以实现高精度的材料加工、高分辨率的医学影像、以及高速率的光通信传输。
在未来，随着激光技术的不断发展，激光调Q技术有望在更多领域中发挥重要作用。
激光调Q 技术
班级：11物理学
学号：1150710012
姓名：孔小娟
摘要：为了得到较高的峰值功率和窄的单个脉冲，采用了Q 调制技术，即将连续或脉冲激光能量压缩到时间宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率提高几个数量级。
关键词：Q 调制、谐振腔损耗、品质因数、主动调Q 、被动调Q
1. 引言
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。
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 。
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 。
品质因数 Q 值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标， 而Q 值的定义为：
dt dw w Q -===πνπνπ2单位时间损耗的能量谐振腔内储存的能量2每振荡周期损耗的能量谐振腔内储存的能量2 我们一般采取改变腔内损耗的办法来调节腔内的Q 值
2. 激光调Q 的工作原理
在泵浦激励过程中，当工作物质中反集居数密度∆n 增加到阈值时就产生激光。
当∆n 超过∆nt 时，随着受激辐射的增强，上能级粒子数大量消耗，反转集居数∆n 迅速下降，直到∆n 低于阈值∆nt 时，激光震荡迅速衰减。
然后泵浦的抽运又使上能级逐渐积累粒子而形成第二个激光尖峰。
如此不断重复，便产生一系列小的尖峰脉冲。
由于每个激光脉冲都是在阈值附近产生的，所以输出脉冲的峰值功率较低，一般为几十千瓦数量级。
而增大输入能量，只能使尖峰脉冲的数目增多，不能有效的提高峰值功率水平，激光输出的时间性也很差。
为了得到搞得峰值功率和窄的当脉冲，主要采用了Q 调制技术，它的基本原理是通过某种方法使谐振腔的损耗因子（或品质因数Q ）按照规定的程序变化，
在泵浦激励刚开始时，使光腔具有较高的损耗因子，激光器由于阈值高而不能产生激光震荡，于是亚稳定上的粒子数便可以积累到较高的水平。
然后在适当的时刻，突然降低损耗因子，阈值也随之突然降低，，此时反转集居数大大超过阈值，受激辐射迅速增强。
在极短的时间内上能级储存大部分粒子的能量转变为激光能量，形成一个很强的激光巨脉冲输出。
如下图所示，在t=t0振荡开始建立至以后一个较长的时间过程中，光子数Φ增长十分缓慢，如下图3所示，其值始终很小，受激辐射几率很小，此时仍是自发辐射占优势。
只有振荡持续到t＝tD时，增长到了ΦD ，Φ才迅速增大，受激辐射才迅速超过自发辐射而占优势。
3. Q调制的方法
Q调制的关键在于调节谐振腔的损耗因子，所以，只要能使谐振腔损耗发生突变的元件都能作Q开关。
常用的调Q方法有转镜调Q、电光调Q、声光调Q、饱和吸收调Q。
前三种方法中谐振损耗由外部驱动源控制，成为主动调Q,最后一种，谐振腔损耗取决于腔内激光光强，称为被动调Q。
3.1 电光调Q
某些晶体在外加电场作用下，其折射率会发生变化，使晶体通过不同偏振方向的光之间产生相位差，从而使光的偏振状态发生变化的现象称为电光效应。
其中折射率的变化和电场成正比的效应称为普克尔效应，折射率的变化和电场强
度平方成正比的效应称为克尔效应。
电光Q 开关原理是利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子的反射损耗。
电光调Q 激光器如图所示：
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x 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η’x 和η’y 。
经过晶体长度d 距离后,二偏振分量产生了相位差δ：
V c v Ed c
v c vd x y 63306330''2 2)(2γηπγηπηηπδ==-=
当δ=π/2时,所需电压称作四分之一波电压,记作V λ/4.图中电光晶体上施以电压V λ/4时,从偏振器出射的线偏振光经电光晶体后,沿x ‘和y ’方向的偏振分量产生了π/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π/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（这一状态相当于光开关处于关闭状态）。
在某一特定时刻,突然撤去电光晶体两端的电压,则偏振光的振动方向不再被旋转90，相当于光开关被打开，则谐振腔突变至低损耗、高Q 值状态,于是形成巨脉冲激光。
（这一状态相当于光开关处于打开状态）。
电光开关是目前使用最广泛的一种Q 开关，适用于脉冲激光器，其主要特点开关速度快，同步性能好。
开关时间可以达到9
10-
秒，适用于脉冲式泵浦激光
器，由于该技术较高的插入损耗使激光器无法振荡而不适用于连续泵浦激光器，电光调Q 激光器可以获得脉宽窄，峰值功率高的巨脉冲，例如：典型的Nd:YAG 电光调Q 激光器的输出光脉冲宽度 约为１０-20ns ，峰值功率达到数兆瓦至数十兆瓦。
3.2 声光调Q
当声波在某些介质中传播时,该介质会产生与声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变,从而导致介质折射率的周期变化,形成等效的位相光栅,其光栅常数等于声波波长λs.光束射经此介质时发生衍射,一部分光偏离原来方向。
当声波频率较高.声光作用长度d 足够大,满足
λλ2
s
d >> 时(λs 与λ分别为声波与光波波长),如果λ射光与声波波面的夹角θ满足
s λλ
θ2sin =
则透射光束分裂为零级与+1级或-1级(视入射方向而定)衍射光,+1级或-1级衍射光与声波波面的夹角亦为θ,如图所示。
这种现象称作布喇格衍射,一级衍射光先强I1(或I-1)与入射光光强Ii 之比为
)2(sin 21φ∆=i I I
式中Δφ是经长度为d 的位相光栅后光波相位变化的幅度。
2
)2(2MP H d d λπηλπ
φ=∆=∆
式中Δη是介质折射率变化的幅值;d 与H 分别为换能器的长度与宽度;M 是声光介质的品质因素;P 是超声驱动功率。
提高超声驱动功率可得到较高的衍射效率。
声光Q 开关由一块对激光波长透明的声光介质及换能器组成,常用的声光介质有熔融石英、锢酸铅及重火石玻璃等。
声光介质表面粘接有由银酸锂、石英等压电材料薄片制成的换能器,换能器的作用是将高频信号转换为超声波。
声光开关置于激光器中,在超声场作用下发生衍射,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。
声光调Q 开关时间一般小于光脉冲建立时间,属快开关类型。
由于开关的调制电压只需100多伏,所以可用于低增益的连续激光器,可获得峰值功率几百千瓦、脉宽约为几十纳秒的高重复率巨脉冲。
但是,声光开关对高能量激光器的开关能力差,不宜用于高能调Q 激光器。
3.3 被动调Q
下图就是染料调Q 激光器的示意图。
它是在一个固体激光器的腔内插入一个染料盒构成的。
某些有机染料是一种非线性吸收介质，即其吸收系数并不是常数，当在较强激光作用下，其吸收系数随光强的增加而减小直至饱和，对光呈现透明的特性，这种染料称为可饱和吸收染料，吸收系数可以表示为：
01
1s I
I αα=+
在谐振腔内设置一饱和吸收体，利用其饱和吸收效应可以控制谐振腔的损
耗。
将饱和吸收体放在谐振腔中国，泵浦过程开始时，由于其吸收系数大，谐振腔损耗很大，激光器不能起振。
随着激光工作物质中反转集居数的积累，放大的自发辐射逐渐增强，当光强和饱和吸收体的光强可比拟时，吸收系数显著减少，当单程增益等于单程损耗，激光器开始起振。
随着激光强度烦人增强，饱和吸收体的吸收系数继续下降，促使激光迅速增加。
当激光光强增加至可与增益介质的饱和光强可比拟时，增益系数显著下降，最终导致激光熄灭。
由上述巨脉冲发展过程知，用作被动Q开关的饱和吸收体应具备下列特征：
1、吸收峰中心波长应与激光器激光波长吻合；
2、饱和光强Is要适当。
I小于增益介质的饱和光强Is是巨脉冲产生的
必要条件,Is太大还会因Q开关速度太慢而严重影响调Q效果,但Is也不宜过小,否则很弱的光就能使其透明,工作物质的反转粒子数便不能充分积累。
最早出现的被动调Q激光器以染料为饱和吸收体。
近年来发展了新型固体饱和吸收材料。
4、结论
调Q技术是高功率脉冲激光器的主要基础技术之一，对常用的脉冲固体激光器来说，采用调Q技术后,输出激光的脉冲时间宽度可压缩到万分之一，峰值功率可提高到千倍以上，获得巨脉冲。
调Q技术的应用，使我们能获得峰值功率在兆瓦以上而脉宽仅为纳秒量级的激光脉冲，使激光成为非常强的相干光源。
同时，也推动了诸如激光雷达，激光测距，高速摄影，核聚变等应用技术的发展。
