【正文】 表一. 幾種條件下的泵浦和輸出Q開關(guān)1工作Q開關(guān)2工作聲場(chǎng)互相平行Q開關(guān)1和 2工作聲場(chǎng)互相垂直Q開關(guān)1和 2工作激光電源輸入能量J自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光脈沖能量(mJ)250180320400輸出脈沖列能量(mJ)14013021028。 12: power divider實(shí)驗(yàn)中，聲光Q開關(guān)采用相同的驅(qū)動(dòng)功率40W。 10: waveform generator。 8: laser power supply。 6: pump lamp。 3,4: Acustooptical Qswitch。 11: Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)源。 9: 可調(diào)延時(shí)器。 7: 光闌。 5: 激光棒。1,2: 腔鏡。實(shí)驗(yàn)中采用的驅(qū)動(dòng)源最大輸出功率為100W、頻率27MHz、調(diào)制頻率50KHz，功率分配器的衰減小于1dB、兩聲光Q開關(guān)開啟時(shí)間差小于1毫微秒。為保證兩聲光Q開關(guān)的同步，兩聲光Q開關(guān)采用同一驅(qū)動(dòng)源，經(jīng)功率分配器將驅(qū)動(dòng)功率加于兩聲光Q開關(guān)。在此激光器中加入雙聲光Q開關(guān)，設(shè)計(jì)的新的激光器系統(tǒng)如圖3。獲得的波形輸出圖如下:在延遲時(shí)間為150微秒左右的時(shí)候，可以獲得較好的脈沖輸出序列，在延遲250微秒時(shí)，調(diào)制信號(hào)與自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光脈沖在時(shí)域上有較大的差異，輸出的高峰值脈沖與調(diào)制波形基本不對(duì)應(yīng)。5個(gè)外脈沖組的觸發(fā)脈沖（由100微秒的高電平與5個(gè)相等的脈寬為40微秒的方波組成，其低電平與高電平的寬度均為20微秒）與自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光在時(shí)域上的對(duì)應(yīng)關(guān)系與激光脈沖輸出。將聲光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)接入聲光Q開關(guān)，再進(jìn)行同步的精調(diào)，通過(guò)光電探測(cè)器檢測(cè)的激光器調(diào)Q脈沖列的輸出，調(diào)節(jié)可調(diào)延時(shí)器，獲得穩(wěn)定的聲光調(diào)Q脈沖列激光輸出，每一次泵浦可獲得115個(gè)脈沖的脈沖列，如圖43。 11:electrophotonic detector 12 oscilloscope 123456789101112產(chǎn)生穩(wěn)定的聲光調(diào)Q脈沖激光輸出，首先需要調(diào)整可調(diào)延時(shí)器，使聲光Q開關(guān)的調(diào)制脈沖與激光脈沖同步。 9: waveform generator。 7: laser power supply。 5: pump lamp。 3,: Acustooptical Qswitch。 10: Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)源。 8: 可調(diào)延時(shí)器。 6: 光闌。 4: 激光棒。1, 2, 腔鏡。坐標(biāo)序號(hào)與坐標(biāo)值間的編輯切換通過(guò)SHIFT+左右移位鍵轉(zhuǎn)換。中間是代表此時(shí)輸入的是拐點(diǎn)坐標(biāo)值的屬性，h代表橫坐標(biāo)值，y代表縱坐標(biāo)值，二者之間可以通過(guò)MODIFY區(qū)的STEPSIZE按鈕切換。即通過(guò)給出波形中各個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)確定所編輯的波形。s200181。在此組脈沖調(diào)制下的激光輸出脈沖序列的間隔為20微秒。具體步驟如下:一 將由激光電源控制板引出的脈沖觸發(fā)信號(hào)聯(lián)入DG535延時(shí)發(fā)生器的BNC口T0.二 啟動(dòng)電源,選中面板MENU中的DELAY項(xiàng),利用數(shù)字鍵輸入延遲時(shí)間.三 經(jīng)延遲后的信號(hào)經(jīng)BNC口A輸出. DG535延遲發(fā)生器控制面板 The control panel of DG535 delay generator84576123圖320任意波形發(fā)生器DS345控制面板fig 320 the control panel of DS345我們應(yīng)用STANFORD RESEARCH SYSTEMS MODEL DS345波形發(fā)生器產(chǎn)生我們所預(yù)期的調(diào)制波形,:一 設(shè)定波形發(fā)生器的主頻啟動(dòng)電源,波形發(fā)生器有10MHz,20MHz,30MHz,直接影響到后面編制波形時(shí),當(dāng)選取主頻為10 MHz,輔以ENTRY區(qū)數(shù)字鍵和頻率單位MHz,可以直接設(shè)定主頻的大小.二 設(shè)定編制波形的幅值由于編制的波形用于調(diào)制高頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)電源,選取FUNCTION區(qū)2所對(duì)應(yīng)的按鈕AMPL,輔以ENTRY區(qū)數(shù)字鍵和幅值單位Vpp,可以直接設(shè)定幅值的大小.三 波形的編制考慮到自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光器的激光輸出脈寬,：由100微秒的高電平與5個(gè)脈寬均為40微秒的方波組成，其低電平與高電平的寬度各為20微秒，其脈沖組的總寬度為300微秒，對(duì)應(yīng)著我們所采用脈沖激光器的一個(gè)激光輸出脈沖的寬度200300微秒。s左右，一部分是超聲波通過(guò)光束時(shí)所需要的時(shí)間即“渡越時(shí)間”。這段時(shí)間一般為數(shù)十微秒量級(jí)。（2）電光轉(zhuǎn)換引入的附加延遲。F，回路電阻為氙燈內(nèi)阻，由電工學(xué)可知充放電回路的充電時(shí)間τ=RC，約為50181。激光電源中，由信號(hào)觸發(fā)到充放電回路完成充電，直至點(diǎn)燃氙燈有一段時(shí)間延遲。因而調(diào)制信號(hào)與自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光脈沖在時(shí)域上必須有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由圖318所示，引出后的脈沖觸發(fā)信號(hào)分為兩路，其中一支路用于觸發(fā)放電回路點(diǎn)燃氙燈，泵浦工作物質(zhì)。圖318給出了該系統(tǒng)的信號(hào)時(shí)序圖。）將脈沖信號(hào)發(fā)生器給出的頻率信號(hào)分為兩路，一路作為觸發(fā)激光電源的外觸發(fā)；另一路經(jīng)可調(diào)延遲器，通過(guò)調(diào)節(jié)精度為皮秒級(jí)的延遲發(fā)生器DG535對(duì)該脈沖信號(hào)作延遲處理，用于觸發(fā)作為聲光器件外調(diào)制信號(hào)的波形發(fā)生器DS345。為實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖激光的聲光調(diào)制，聲光調(diào)制器的調(diào)制信號(hào)必須與激光器的燈泵浦脈沖同步，以保證脈沖序列所包含的每一個(gè)單脈沖有最大的輸出能量并穩(wěn)定輸出。R2的阻值一般為200600歐。但另一方面，單結(jié)晶體管兩基極間的電阻隔rb也將增大，如rbb串聯(lián)適當(dāng)數(shù)值的電阻R2后，在一定的電壓E作用下，R2上的電壓將降低，使Ubb隨溫度的升高而升高。圖315 單結(jié)晶體管馳張振蕩器波形圖fig 315 oscillogram of the doublebase diode relaxation oscillatorDC15V1 3 5 10Hz觸發(fā)可控硅圖316單晶管產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)可控硅控制的氙燈觸發(fā)電路fig 316 circuit with doublebase diode’s signal trigger the thyristor R2是溫度補(bǔ)償電阻。R3C大，C充電慢；R3C小，C充電快。所以R1上得到一個(gè)短暫的脈沖電壓。所以R1上得到一個(gè)短暫的脈沖電壓。因?yàn)榇藭r(shí)單結(jié)晶體管的e,b1極之間的電阻急劇下降，而R1又是一個(gè)100歐左右的小阻值，故UC迅速下降。接通電源后，電源電壓E通過(guò)R3對(duì)C充電，電容電壓UC逐漸上升。用單晶管觸發(fā)可控硅控制的氙燈觸發(fā)電路EUCCDJGR3R2R1圖314 單結(jié)晶體管馳張振蕩器fig 314 relaxation oscillator of the doublebase diode可控硅導(dǎo)通后,控制極的觸發(fā)電壓已不起作用,所以實(shí)際應(yīng)用時(shí),。高壓電源部分提供起燃電壓，當(dāng)燈承受儲(chǔ)能電容放電時(shí)，造成預(yù)燃電流通道瞬間波動(dòng)，預(yù)燃電流太小，易熄弧。采用預(yù)燃方式避免了觸發(fā)重復(fù)工作的弊病、燈壽命延長(zhǎng)、放電脈沖穩(wěn)定，泵浦效率提高，在重復(fù)頻率較高的脈沖激光電源中廣泛采用。觸發(fā)脈沖僅在預(yù)燃建立初始起作用，預(yù)燃一旦建立，觸發(fā)電路退出工作。為此，可以采用預(yù)燃工作方式。U0RLC0TC1R+ESCR圖 312 內(nèi)觸發(fā)電路fig 312 circuit of the inner trigger高壓觸發(fā)脈沖導(dǎo)致燈電極材料濺射，影響燈的壽命，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干撓。燈觸發(fā)時(shí)，變壓器T為升壓變壓器，次級(jí)端觸發(fā)高壓與主回路電壓串聯(lián)加至燈電極。由于觸發(fā)高壓與儲(chǔ)能電容器電壓并聯(lián)，故稱為并聯(lián)觸發(fā)。根據(jù)觸發(fā)高壓加在燈上的方式不同，可分為內(nèi)觸發(fā)（串聯(lián)觸發(fā)）和外觸發(fā)（并聯(lián)觸發(fā)）兩種。泵浦燈正常工作電壓遠(yuǎn)低于燈的自閃電壓，因此燈不會(huì)自行導(dǎo)通。燈在使用過(guò)程中，儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)上放電的初始電壓均低于燈的自閃電壓，因此燈在起始點(diǎn)燃燒時(shí)，必須先在電極間加一較高的脈沖電壓，使燈管內(nèi)氣體電離形成放電通道。 氣體放電燈的觸發(fā)、預(yù)燃及放電開關(guān)氣體放電燈中充有一定壓力的惰性氣體。原邊輸入功率和電流設(shè)電路效率80%，則輸入功率Pin=。T是開關(guān)周期（s）。t為脈沖持續(xù)時(shí)間(s)。充電電路在儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)不放電時(shí)工作，為儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)輸送電能；控制與操和回路為以上各電路提供正常、協(xié)調(diào)的工作，并提供各種安全、保護(hù)功能。適當(dāng)設(shè)計(jì)儲(chǔ)能電路及放電電路的形式，使放電脈沖具有所希望的波形。交流電源儲(chǔ)能放電電路燈充電電路控制電路觸發(fā)電路預(yù)燃電路圖38 脈沖固體激光器電源系統(tǒng)的方框圖fig 38 block diagram of power supply for the pulse laser電路工作原理是：當(dāng)觸發(fā)電路給氙燈提供一個(gè)高壓觸發(fā)脈沖時(shí)，燈內(nèi)氣體擊穿，進(jìn)擴(kuò)低阻狀態(tài)。rod1rod2Quartz rotatorM1M2rodQuartz rotatorM1M2(A)(B)圖37 采用旋光片消除雙折射示意圖fig 37 sketch of pensation with the quartz rotator脈沖激光電源系統(tǒng)主回路包括充電電路、儲(chǔ)能電路、觸發(fā)電路及預(yù)燃電路、操作與控制電路等。石英旋轉(zhuǎn)器將激光電場(chǎng)的兩個(gè)分量都作90度旋轉(zhuǎn)，于是在第一根棒中沿徑向偏振分量振分量將在第二根棒中沿切向偏振，因此在第一根棒中引起的相位差被第二根棒所抵消。重復(fù)頻率泵清脈沖的作用使溫升不斷積累，當(dāng)泵浦脈沖數(shù)足夠大時(shí)，接近穩(wěn)態(tài)溫度分布，即連續(xù)泵浦。當(dāng)tpτ,即低重復(fù)頻率工作時(shí)，下一泵浦脈沖開始前，激光棒內(nèi)溫度分布已達(dá)常溫?zé)崞胶鈶B(tài)，后一泵浦脈沖產(chǎn)生棒內(nèi)溫度分布不受前面的影響，與單脈沖泵浦時(shí)類似。在泵浦加熱段，棒內(nèi)溫度度均勻升高，泵浦結(jié)束后的冷卻段，由于棒邊緣冷卻得比中心快，出現(xiàn)拋物線溫度分布，并以一定的時(shí)間τ常數(shù)衰減。泵浦光脈寬很寬，為毫秒或微秒量級(jí)，而激光棒溫度上升速率比冷卻散熱溫度下降速率快得多。在激光躍遷內(nèi)的熒光過(guò)程的量子效率小于1,因淬滅機(jī)制產(chǎn)生熱。m圖36 聚光腔常用金屬的反射率與波長(zhǎng)的關(guān)系fig 36 the relation between the wave length and the reflectivity of the metal which was used in the prefocus cavitycavity andNd:YAG的基本泵浦帶是730760nm及790820nm選用脈沖氙燈作為泵浦源,燈的充氣壓為4104Pa,能將40%60%的輸入電能轉(zhuǎn)換成光輻射.對(duì)于固體激光器而言,輸入的總能量中只有少部分轉(zhuǎn)變?yōu)榧す廨敵?:泵浦帶和激光上能級(jí)間的能量差以熱的形式散逸到基質(zhì)中,引起的量子虧損熱。若假定返回泵浦源的輻射失掉，則應(yīng)在上式中將θ0減去θ1，這里 (324) (325)轉(zhuǎn)換效率/%.rR/rLe= 圖35 橢圓腔聚光腔的轉(zhuǎn)換效率與Rr/rL和離心率e這間的關(guān)系曲線fig 34 the relation curve among the elliptical prefocus cavity’s transfer efficiency , Rr/rL and the eccentricity由圖35中可以看出，轉(zhuǎn)換效率隨rR/rL的增加而增加，并隨偏心率e的減小而增加，即泵浦源的放大率隨橢圓的偏心率增大，因此，用幾乎是圓形的聚光腔,盡可能細(xì)的泵浦燈，可以獲得最好的轉(zhuǎn)換效率。在偏心率e=c/a。這意味著橢圓反射器靠近燈的那部分在激光棒上形成一個(gè)放大的燈像，而在靠近晶體棒那部分在激光棒上形成一個(gè)縮小了燈像。在計(jì)算橢圓結(jié)構(gòu)效率的理論表達(dá)式中，泵浦系統(tǒng)通常以棒與燈半徑之比rR/rL,燈的半徑與橢圓長(zhǎng)半徑之比rL./a,偏心率e=c/a來(lái)表示，其中2c是焦點(diǎn)間距。鑒于上述考慮，顯然采用高反射平面反射鏡封住圓柱腔的兩端，才能滿意地得到無(wú)限長(zhǎng)的橢圓聚光腔。2a2c2b2rR2rL燈棒θP0θ0α0lLlR圖34 聚光腔腔形fig 34 the shape of prefocus cavity通常意義的成像對(duì)于橢圓柱腔來(lái)說(shuō)是不適用的，因?yàn)閺谋闷衷茨滁c(diǎn)以不同方向輻射的光線經(jīng)腔內(nèi)反射后聚在不同的點(diǎn)上。該參數(shù)表示由于在聚光腔上開孔所引起的損耗。這使橢圓柱在光學(xué)上等效為無(wú)限長(zhǎng)。因此，橢圓腔中的能量傳遞，是從一條焦線上的直管光源傳輸?shù)搅硪粭l焦線上的棒狀吸收體。我們采用在側(cè)面泵浦系統(tǒng)，即在內(nèi)表面具有高反射率橢圓柱體內(nèi)，激光棒和泵浦燈分別配置在橢圓柱的兩條焦線上。脈沖輸出能量( mJ)透射率 %圖33 輸出鏡透射率與輸出能量的關(guān)系fig 33elation between transmissivity of output mirror and output enery從泵浦光源發(fā)出的輻射能傳輸?shù)郊す夤ぷ魑镔|(zhì)上的效率,在很大程度上決定了激光系統(tǒng)的總效率,聚光腔除了給泵浦光源和工作物質(zhì)之間提供良好耦合之外,還決定激光物質(zhì)上泵浦光密度的分布,從而影響到輸出光束的均勻性、發(fā)散度和光學(xué)畸變。為非輻射躍遷的量子效率式中