【文章內(nèi)容簡介】 ? 氙燈的不斷激勵下 (圖中的 wp)， YAG上能級反轉(zhuǎn)粒子數(shù)不斷積累 (圖中的△ N(t))。 ? 當(dāng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)達(dá)到最大時 ， 瞬時退掉加在調(diào) Q晶體上的電壓 ， 諧振腔處于“ 打開 ” 的高 Q狀態(tài) ， 閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)△ Nth很小 ， △ N(t)△ Nth， ? 即可雪崩式地產(chǎn)生激光巨脈沖 (圖中的Φ (t))。 電光調(diào) Q的運(yùn)轉(zhuǎn)過程 光電子技術(shù)研究所 由上述工作過程可見 ， 這種電光調(diào) Q激光器的關(guān)鍵技術(shù) 應(yīng)精確地保證調(diào) Q晶體上加入 λ／ 4電壓時， Q開關(guān)處于“關(guān)閉”狀態(tài) ， 應(yīng)精確地控制退掉調(diào) Q晶體上所加電壓的時間。 這些問題可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計器件和控制線路得以解決。 光電子技術(shù)研究所 上面 激光振蕩是利用輸出反射鏡的部分反射形成的 。 這種激光振蕩在 Q開關(guān)打開后才開始建立， 在腔內(nèi)往返一次不可能把全部反轉(zhuǎn)粒子耗盡 因此，這種激光器輸出的脈沖寬度，最短為幾個 ns， 峰值功率為幾十 MW。 光電子技術(shù)研究所 還有一類電光調(diào) Q激光器 。其特點是將 PRM調(diào) Q激光器中的輸出反射鏡換成全反射鏡， 改變激光輸出的路徑 ， PTM調(diào) Q激光器 設(shè)置一個特定的光學(xué)系統(tǒng)，使 Q突變時已在腔內(nèi)形成了的最大激光振蕩，瞬時全部透射輸出。 光電子技術(shù)研究所 如圖 M M2為諧振腔的兩個全反射鏡 ， PC為電光晶體 (例如KDP晶體 )， P為偏振棱鏡 。 KDP晶體的外加電壓為 V12， 它的兩個電極上分別加電壓 V V2， 其中V1=Vλ /4， V2為圖所示的方波。當(dāng)未加方波電壓 V2時， Q開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，諧振腔處于低 Q值狀態(tài)，此時由于氙燈激勵，工作物質(zhì)處于儲能階段。 光電子技術(shù)研究所 當(dāng)工作物質(zhì)上能級反轉(zhuǎn)粒子數(shù)達(dá)到最大值時 (t0時刻 )，將方波電壓 V2=Vλ /4加上，晶體上的外加電壓為零， Q開關(guān)處于 “ 打開 ” 狀態(tài)，諧振腔處于高 Q值狀態(tài)，腔內(nèi)迅速建立起振蕩 (但無輸出 )。 當(dāng)腔內(nèi)光子數(shù)密度達(dá)到最大值時，方波電壓 V2瞬時由 Vλ /4變?yōu)榱悖w上的外加電壓變?yōu)?Vλ /4， 則腔內(nèi)形成的強(qiáng)光場往返兩次經(jīng)過電光晶體．偏振面旋轉(zhuǎn) 90176。，最后由偏振棱鏡 P的側(cè)面反射輸出腔外。 光電子技術(shù)研究所 由于在調(diào) Q激光器中 ， 只有腔內(nèi)激光功率密度達(dá)到最大值時 ， 諧振腔才耦合輸出全部能量 ， 光子逸出諧振腔所需要的最長時間為 2L／ c， 即能量的釋放基本上是在 2L／ c時間內(nèi)完成的 ， 所以可獲得比 PRM調(diào) Q激光器更窄的激光脈沖 ， 脈寬可達(dá) 1～ 2ns。 光電子技術(shù)研究所 圖是在連續(xù) YAG激光器內(nèi)插入一個聲光 Q開關(guān)器件構(gòu)成的 。 聲光 Q開關(guān)器件與一般聲光調(diào)制器結(jié)構(gòu)相似， 也是由驅(qū)動電源 、 電聲換能器 、 聲光介質(zhì) 、 聲吸收器組成的 。 因為聲光 Q開關(guān)所需要的激勵電壓較低 (小于 2kV)，所以很容易實現(xiàn)對連續(xù)激光器的調(diào) Q (二 )聲光調(diào) Q 光電子技術(shù)研究所 有機(jī)染料的可飽和吸收特性是指它對光的吸收呈現(xiàn)非線性：對弱光吸收強(qiáng) ， 對強(qiáng)光吸收弱 。 其吸收系數(shù)與光強(qiáng)的關(guān)系為 （三）可飽和吸收染料調(diào) Q SII /10????光電子技術(shù)研究所 式中， α是光強(qiáng)為 I時的吸收系數(shù)， 為光強(qiáng)趨于零時的吸收系數(shù)， Is為飽和參量，是吸收系數(shù)減小到 ／ 2時的光強(qiáng)。 0?0?SII /10?? ??由該式可見，當(dāng)光強(qiáng)很強(qiáng)， IIs時， α→0 ， 吸收趨于飽和，染料對該光呈現(xiàn)透明狀態(tài)，經(jīng)常稱這種染料狀態(tài)為“漂白”。有機(jī)染料的吸收率和透過率與光強(qiáng)的關(guān)系如上圖所示。 光電子技術(shù)研究所 圖是染料調(diào) Q激光器的示意圖，它是在諧振腔內(nèi)插入一個染料盒構(gòu)成的，盒的兩端為光學(xué)平面窗片。 在光泵開始激勵工作物質(zhì)時，只發(fā)射一些熒光，染料對其吸收很強(qiáng)，透過率很低，這相當(dāng)于在激光腔內(nèi)引入了很大的損耗， Q值很低，不可能形成振蕩。 光電子技術(shù)研究所 隨著光泵的繼續(xù)激勵 ， 腔內(nèi)工作物質(zhì)輻射的熒光變強(qiáng) ， 相應(yīng)染料的吸收減弱 。當(dāng)光強(qiáng)比 Is大很多時 ， 吸收趨于飽和 ， 吸收系數(shù) α趨于零 ， 染料的透過率趨于最大值 ， 染料被 “ 漂白 ” ， 變得透明了 。 這時 ， 腔內(nèi) Q值猛增 ， 產(chǎn)生激光振蕩 ， 并形成巨脈沖輸出 。 巨脈沖輸出后 ， 由于耗盡了工作物質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù) ，腔內(nèi)光子數(shù)劇烈下降 。 與此同時 ， 染料的吸收劇增 ， 諧振腔處于 “ 關(guān)閉 ” 狀態(tài) 。 此即可飽和吸收染料 Q開關(guān)的一個動作周期 。 光電子技術(shù)研究所 由上所述，可飽和吸收染料調(diào) Q是一個被動 Q開關(guān)，它無需外加電源等同步裝置，完全是靠自身吸收的可飽和特性實現(xiàn) Q突變的。 可獲得峰值功率千兆瓦、脈寬幾十毫微秒的巨脈沖。 其主要缺點是輸出不穩(wěn)定，染料本身的特性會隨時直接影響調(diào) Q性能。 光電子技術(shù)研究所 腔內(nèi)插入一個調(diào)制器 只要調(diào)制器的調(diào)制頻率精確地等于該激光器的縱模間隔 ， 就可以得到脈沖重復(fù)頻率為 c/2L的鎖模脈沖序列 。 鎖模 光電子技術(shù)研究所 從時域上可以這樣理解鎖模脈沖的形成：因為 （ 振幅 ） 損耗調(diào)制的頻率為 c/2L， 相應(yīng)的周期恰好是光子在腔內(nèi)往返一周的時間 。 主動式鎖模激光器 調(diào)制器放在腔的一端，電光調(diào)制器 \聲光調(diào)制器，調(diào)制器的調(diào)制頻率等于 c/2L。 光電子技術(shù)研究所 腔內(nèi)傳輸?shù)墓馐且悦}沖形式出現(xiàn)的 ， 脈沖的重復(fù)頻率與調(diào)制頻率相同 ， 并且等于縱模間隔 。 脈沖在腔內(nèi)每往返一次 ， 便由輸出反射鏡輸出部分能量 圖鎖模脈沖的傳輸關(guān)系 腔內(nèi)各個縱模中的某些光子，如果是在調(diào)制器損耗為零時通過，腔內(nèi)往返一周后，所受到的損耗仍然為零。而其它時刻通過的光子，因每次通過調(diào)制器時的損耗總不為零，而受到抑制，不能起振。 光電子技術(shù)研究所 在自由運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器內(nèi)插入很薄的 (1mm～ 2mm)可飽和吸收染料 ， 只要激光器與染料參數(shù)選擇得合適 ， 可得到脈寬為微微秒量級 ， 間隔為光在腔內(nèi)往返一周時間的超短脈沖序列 。 被動式鎖模激光器及輸出 光電子技術(shù)研究所 示出了激光通過染料的透過率 T隨激光強(qiáng)度 I的變化情況。強(qiáng)信號的透過率較弱信號的為大，只有小部分為染料所吸收。強(qiáng)、弱信號大致以染料的飽和光強(qiáng) Is來劃分。大于 Is的光信號為強(qiáng)信號，否則為弱倍號。 光電子技術(shù)研究所 在沒有發(fā)生鎖模以前，假設(shè)腔內(nèi)光子的分布基本上是均勻的，但還有一些起伏。由于染料具有可飽和吸收的特性，弱的信號透過率小，受到的損耗大，而強(qiáng)的信號則透過率大，損耗小，且其損耗可通過工作物質(zhì)的放大得到補(bǔ)償。所以光脈沖每經(jīng)過染料和工作 物質(zhì)一次，其強(qiáng)弱信號的強(qiáng)度相對值就改變一次，在腔內(nèi)多次循環(huán)后，極大值與極小值差會越來越大。脈沖的前沿不斷被削陡，而尖峰部分能有效地通過，則使脈沖變窄。 光電子技術(shù)研究所 3．對撞鎖模 (CPM) 進(jìn)入飛秒 (10