介紹聲光Q開關的原理
發布人:新特光電 時間:2020-02-22 關注:

聲光Q開關

聲光Q開關是利用聲光相互作用以控制光腔損耗的Q開關技術。聲光調Q是通過電聲轉換形成超聲波使調制介質折射率發生周期性變化, 對入射光起衍射作用, 使之發生衍射損耗,Q 值下降, 激光振蕩不能形成。在光泵激勵下其上能級反轉粒子數不斷積累并達到飽和值, 之后突然撤除超聲場, 衍射效應立即消失, 腔內Q 值猛增, 激光振蕩迅速恢復, 其能量以巨脈沖形式輸出。這是一種廣泛應用的Q開關方式,其主要優點是重復頻率高,性能穩定可靠。

典型的聲光Q開關主要由三部分組成:電聲轉換器、聲光介質和吸聲材料。電聲換能器與聲光介質如熔石英、鉬酸鉛(PbMO4)晶體等構成聲光器件。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,相當于一個相位光柵。于是,在超聲場中光波發生衍射,改變傳播方向,這就是聲光衍射效應。

聲光Q開關的原理

在常用的激光打標中聲光Q開關利用了超聲波和光柱在介質中散射的相互作用的關系,光束在散射介質中的聲波表面成布拉格角的方向進入,按照周期性變化的以聲波產生的衍射進行衍射。

首先,射頻信號被附著在熔融石英上的傳感器所感應到,厚度伸展振動產生。超聲波橫波由于震動在熔融石英中傳播,而聲波產生的相光柵也形成了。激光束當滿足相對于這個相位光柵成布拉格角時發生衍射,與入射光在太空中分散開。

如果激光光學諧振腔的建成是相對于0維衍射光(非衍射光),當射頻信號被感知,衍射光便從激光光學諧振腔軸線產生。結果,激光光學諧振腔內發生損失,及激光振蕩受到打壓。利用這一現象,射頻信號只在特定某個時間長度內被感知,(地位低Q值)來暫停激光振蕩。在此期間,反轉的Nd:YAG激光棒通過連續泵浦積累了很多,當射頻信號減至零(地位高Q值)和激光光學諧振腔內的損失消除了,累積的能量以在極短的時間長度內脈沖形式的激光振蕩被激活,它們是Q開關脈沖。

這種情況在下圖簡要解釋,當一個射頻信號,受到脈沖調劑制,可以定期發生Q開關脈沖,當期Q開關脈沖愈來愈短,比高階的Nd:YAG激光棒生命周期(約200微妙)還要短的時候,反轉的數量下跌并且Q開關脈沖的峰值也下跌。

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