【正文】 采用不同的泵浦，對單聲光Q開關(guān)、聲場互相平行的雙聲光Q開關(guān)、聲場互相垂直的雙聲光Q開關(guān)，分別測量腔內(nèi)激光被關(guān)斷時的泵浦，及加上調(diào)制時的輸出，實驗數(shù)據(jù)列于表1。 9: delayer。 5: pump rod。 10: 任意波形發(fā)生器。 6: 泵浦燈。217634589101112圖412. 激光器原理結(jié)構(gòu)，由一個泵浦腔和兩聲光Q開關(guān)組成。激光器的諧振腔采用平平腔，雙燈泵浦的Nd:YAG激光棒位于諧振腔的光學(xué)中心，激光棒直徑6mm，長110mm，腔長為700mm(光學(xué)長度)，激光諧振腔輸出鏡的反射率64%。Signal () Time( 20ms/div)圖 43. 聲光調(diào)制激光脈沖列fig 43 the pulse sequence of the acoustooptic modulation圖42. 調(diào)制脈沖與自由運轉(zhuǎn)激光脈沖同步fig42 synchronize modulation pulses and the free running laser pulseTime (200ms/div) b1a1b2a2 b3a3 b4a4b5a5圖45 (a )5個脈沖組成的觸發(fā)脈沖與自由運轉(zhuǎn)激光在時域上的對應(yīng)關(guān)系(b) 聲光調(diào)制后的激光脈沖列輸出,15的延遲分別為50、100、150、200、250微秒fig 45 (a)the time domain relation of 5 modulation pulses and the free running lasers (b)the output of the acoustooptic modulation lasers pulses sequence, the delay time of 15 is 50、100、150、200、250 μs改變調(diào)制頻率后10個外脈沖組的觸發(fā)脈沖（由100微秒的高電平與10個相等的脈寬為20微秒的方波組成，其低電平與高電平的寬度均為10微秒）與自由運轉(zhuǎn)激光在時域上的對應(yīng)關(guān)系與脈沖激光輸出。實驗中，先進行同步的初調(diào)，聲光調(diào)制器的驅(qū)動不接入聲光Q開關(guān)，激光器可產(chǎn)生自由運轉(zhuǎn)脈沖，將聲光調(diào)制短脈沖串發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號與光電探測器檢測的激光器自由運轉(zhuǎn)脈沖信號同時送入示波器，通過比較、并調(diào)節(jié)可調(diào)延時器，可實現(xiàn)聲光Q開關(guān)的調(diào)制脈沖與激光脈沖基本同步，如圖42。 8: delayer。 4 pump rod。 9: 任意 波形發(fā)生器。 5: 泵浦燈。如圖321所示波形的編碼如下:0(0,0)1(1,2000)2(1000,2000)3(1001,0)4(1201,0)5(1202,2000)6(1402,2000)7(1403,0)8(1603,0)9(1604,2000)10(1804,2000)11(1805,0)12(2005,0)13(2006,2000)14(2206,2000)15(2207,0)16(2407,0)17(2408,2000)18(2608,2000)19(2609,0)20(2809,0)21(2810,2000)22(3010,2000)如圖322所示的波形編碼為0(0,0)1(1,2000)2(1000,2000)3(1001,0)4(1101,0)5(1102,2000)6(1202,2000)7(1203,0)8(1303,0)9(1304,2000)10(1404,2000)11(1405,0)12(1505,0)13(1506,2000)14(1606,2000)15(1607,0)16(1707,0)17(1708,2000)18(1808,2000)19(1809,0)20(1909,0)21(1910,2000)22(2010,2000)23(2011,0)24(2111,0)25(2112,2000)26(2212,2000)27(2213,0)28(2313,0)29(2314,2000)30(2414,2000)31(2415,0)32(2515,0)33(2516,2000)34(2616,2000)35(2617,0)36(2717,0)37(2718,2000)38(2818,2000)39(2819,0)40(2919,0)41(2920,2000)42(3020,2000)四 調(diào)制波形的輸出在SWEEP/MODULATE區(qū)選擇BURST輸出,在ENTRY區(qū)選擇TRIG SOURCE:POSIN方式觸發(fā),觸發(fā)信號由DS345后面板的INPUT區(qū)TRIG,按下SWEEP/MODULATE區(qū)的SWEEP按鈕,編著制好的調(diào)制方波組將從FUNCTION區(qū)的BNC口8,FUNCTION口輸出.圖323 任意波形發(fā)生器DS345面板(后部)fig 323 the pear control panel of DS345TRIG一 將聲光驅(qū)動電源的調(diào)制開關(guān)置于外調(diào)制的檔.二 將調(diào)制信號通過線纜接入聲光電源的外調(diào)制端口.三 調(diào)制后的高頻信號通過BNC口OUT輸出用于驅(qū)動聲光器件.第4章 實驗研究圖41 激光器原理結(jié)構(gòu)，由一個泵浦腔和兩聲光Q開關(guān)組成。2． 此時，在屏幕上會出現(xiàn)3個區(qū)域，左邊是編輯轉(zhuǎn)折點的序號從0000點開始，可以通過MODIFY區(qū)的上下移位鍵改變改變序號，每按一下會相應(yīng)地增加或減少一個數(shù)字。100181。綜合以上考慮，在外加聲光調(diào)制信號的支路上，采用步長為1皮秒的延遲發(fā)生器DG535，調(diào)整腔內(nèi)Q開關(guān)的開啟時間，使外觸發(fā)聲光調(diào)制信號與自由運轉(zhuǎn)激光脈沖在時域上的對應(yīng)。固體激光器中的工作物質(zhì)在脈沖泵浦的激勵下，上能級的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)不斷積累，當(dāng)其數(shù)量超過閾值條件時，激光振蕩方可形成 ，腔內(nèi)光子數(shù)急劇增加，呈現(xiàn)雪崩現(xiàn)象而發(fā)射激光[4]。我們采用的激光電源的儲能電容的大小為100181。由于采用非連續(xù)的方波脈沖包絡(luò)對脈沖激光器進行聲光調(diào)制，調(diào)制信號相對于自由運轉(zhuǎn)激光脈沖的提前或滯后，有相當(dāng)部分的自由運轉(zhuǎn)的激光脈沖會處在調(diào)制信號脈沖包絡(luò)的外沿，即非調(diào)制狀態(tài)的低Q值區(qū)域內(nèi)，而未被調(diào)制輸出，這導(dǎo)致泵浦能量不能被充分利用，而以熱能的形式沉積下來，這對激光器件本身及輸出效率都有很大的影響。我們知道，脈沖激光器的重復(fù)頻率由脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生，我們從激光電源的控制端引出觸發(fā)氙燈的脈沖信號，如圖317（由上節(jié)分析，即為單晶管觸發(fā)輸出信號。Rb1上在電壓Ub1=ηUbb也將隨溫度的升高而增大，于是單結(jié)晶體管的峰點電壓（U+Ub1）可以基本維持不變，使振蕩頻率穩(wěn)定。改變R3C的大小，可改變鋸齒波電壓的頻率，亦即改變了輸出脈沖電壓的時間間隔。單結(jié)晶體管的e,b1極之間轉(zhuǎn)化為截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)UC達到峰點電壓UP時，單結(jié)晶體管的e,b1極之間導(dǎo)通，電容對e,b1 之間的電阻rb1和電阻R1放電。在放電同時，使高壓預(yù)燃電路投入工作，則可使燈電極間電壓迅速上升至一個足夠高的數(shù)值，強迫預(yù)燃恢復(fù)正常。重復(fù)使燈進入弧光放電狀態(tài)，全靠充、放電電路交替工作實現(xiàn)。燈管內(nèi)氣體擊穿形成的火花放電通道不穩(wěn)定、重復(fù)性差，泵浦光脈沖時間與幅度有較大的的抖動。U0RLC0TCR+ESCR圖311 外觸發(fā)電路fig311 circuit of the external triggerB． 內(nèi)觸發(fā)：觸發(fā)高壓與儲能電容電壓串聯(lián)加至燈，故稱為串聯(lián)觸發(fā)。欲使放電形成，必須在此燈上加高達幾十千伏的高頻高壓觸發(fā)脈沖使燈內(nèi)氣體擊穿形成火花放電通道。在電極上外加電壓低于自閃電壓時，燈不導(dǎo)電。最大占空比當(dāng)Q1，Q2，Q3，Q4同時導(dǎo)通時，將出現(xiàn)電路短路，損壞開關(guān)元件，為確保此短路不發(fā)生，,即半周期的80%。脈沖激光器泵浦每次放電持續(xù)時間短,約為幾十微秒至幾十毫秒,但放電能量大,最大可至數(shù)千焦耳,脈沖放電功率高達兆瓦,目前,從代平均功率的充電路中得到并積累所需的電能,再由儲能元件將能量傳送至燈,獲得所需的脈沖功率,常用的儲能元件是電容器,大小為C的電容器充電至電壓U0時,儲能的電場能E0為: (338)作為儲能元件的電容器,由高壓電源提供給定電壓,高壓電源向電容充電至某給定電壓值,當(dāng)IGBT開通時,管壓降可以忽略,且放電是電容C和燈電阻R組成的RC放電回路.從燈的伏安特性知,U=K0I1/2,K0為為燈的電阻系數(shù),在脈沖持續(xù)期間,放電的功率為 (339)式中,E為單次脈沖能量(J)。儲能元件中的電能通過燈放電。對單棒工作激光振蕩器，在棒與后反射鏡間置一個λ/8波片，也可獲90度的偏轉(zhuǎn)，如圖37所示。當(dāng)tp=τ時，在脈沖之間，剩余溫度分布尚存在，泵浦引起的初始溫度變?yōu)槁猿蕭佄锞€的分布，但當(dāng)泵浦頻率提高，使tp〈τ時，泵浦脈沖殘存溫度分布基礎(chǔ)上疊加而產(chǎn)生新的溫度分布。在泵浦時間里棒內(nèi)溫度快速上升到最大值，光泵浦結(jié)束后，溫度緩慢地恢復(fù)到熱平衡分布。激光下能級和基態(tài)間的能量差產(chǎn)生熱耗散。焦點間距c=(a2b2)1/2確定晶體棒吸收了多少能量時，必須考慮有這種放大和縮小效應(yīng)，根據(jù)橢圓的特性和在點P0，lR/lL=ra/rL,得 (321)和 (322)該聚光腔的幾何轉(zhuǎn)換系數(shù)，可通過計算燈輻射能在燈轉(zhuǎn)給晶體張角內(nèi)的那部分能量得到，對所有張角積分便導(dǎo)出下式： (323)該表達式示于圖，燈后面的一部分反射面被燈本身遮擋。如圖所示，設(shè)腔表面上任意點P0, 它距晶體lR,距燈lL, 設(shè)燈的半徑為rL,由于反射角恒定的結(jié)果，經(jīng)反射的像的半徑成為Rl=rLlR/lL.。在聚光腔中，實際需要的是將泵浦源的所有輻射能轉(zhuǎn)換給激光棒。能量轉(zhuǎn)換特性(1)理論耦合效率從光源傳遞給激光棒的總能量，可通過下式近似計算：式中，是聚光腔的幾何傳遞系數(shù)，它是計算泵浦燈發(fā)出的光直接射到和由腔壁反射到激光棒上的百分比；是聚光腔的光學(xué)效率，基本上反映了系統(tǒng)中全部損耗的影響大小，該參數(shù)由下式表示：式中，是腔壁對泵浦光的反射率； 是激光棒表面和玻璃冷卻液表面的反射損耗，以及在腔內(nèi)插入的任何濾光片的菲涅耳損耗；a是燈和激光棒之間的光學(xué)介質(zhì)（冷卻液）中的吸收損耗；f為腔的非反射面積與總的內(nèi)表面積之比。由橢圓的一個焦點發(fā)出的光將反射到另一個焦點。50kHz脈沖列的重復(fù)頻率調(diào)制條件下，分別用反射率為20%、37%、43%、50%、64%、70%、78%、90%的輸出鏡進行實驗，測量輸出脈沖的能量，結(jié)果如圖33，從圖中可看出激光諧振腔輸出鏡M2的最佳反射率是64%。同樣，棒端面上的基模光斑半徑ω可由下式求出 (39)取不同d值，求出相應(yīng)的ω這樣棒上基模光束的模體積V (310)可以發(fā)現(xiàn)，隨著d的增加，腔長相應(yīng)地增加，而模體積增加。設(shè)計諧振腔腔長(光學(xué)長度)為700mm.由于棒的熱透鏡效應(yīng)，YAG棒等效于屈光度為D的厚透鏡，屈光度D=1/f，f為棒的熱透鏡焦距，圖中虛線處為棒等效厚透鏡的主平面位置，距離棒端面h=lrod/，n為棒的折射率，d1，2分別是鏡M1，2到棒的主平面的距離。腔中沿軸線方向行進的光線能往返無限多次而不逸出腔外，且一次往返即實現(xiàn)簡并（形成閉合光路），這與穩(wěn)定腔的情況類似，但僅僅軸向光線有這種特點，所有非軸向行進的光線在經(jīng)過有限次入返后，必然從側(cè)面逸出腔外，這又與非穩(wěn)定腔類似。顯然，對非偏振的Nd:YAG激光，采用特性一致聲光Q開關(guān)，在驅(qū)動功率相同時，雙聲光Q開關(guān)的衍射損耗明顯大于單聲光的衍射損耗；聲場互相垂直的雙聲光Q開關(guān)的衍射損耗明顯大于聲場互相平行的雙聲光Q開關(guān)的衍射損耗。同理可推得，經(jīng)第一個聲光器件調(diào)制后，0級光強為： (224)經(jīng)兩聲光器件調(diào)制后， 0級光強為： (225)衍射效率為： (226)(3)計算若兩器件的特性和驅(qū)動功率一致，有 。Fig22 a unpolarized light through the two paralleled sound field whose light intensity is I0,the light intensity of 0 level is I162。0nsnsE1//E1^E2//E2^(a)(b)I0圖22 光強為I0的非偏振光經(jīng)兩聲場互相垂直的器件，0級光強分別為I162。162。162。162。Ps是聲功率，H、L分別是聲光器件換能器的寬度和長度，l是被調(diào)制激光波長。采用二維聲光Q開關(guān)[2，3]