【正文】 峰值功率很高的巨脈沖。圖 （ a）表示泵浦速率 pW 隨時(shí)間的變化；圖 （ b） 表示腔的 Q 值是時(shí)間的階躍函數(shù)；圖（ c）表示粒子反轉(zhuǎn)數(shù) n? 的變化；圖（ d）表示腔內(nèi)光子數(shù) ? 隨時(shí)間的變化。 由于 inn?? ?? （閾值粒子反轉(zhuǎn)數(shù)），因此受激輻射增強(qiáng)非常迅速，激光介質(zhì)存儲(chǔ)的能量在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槭芗ぽ椛鋱?chǎng)的能量，結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)峰值功率很高的窄脈沖。只有振蕩持續(xù)到Dtt? ? 增長(zhǎng)到了 D? ，雪崩過(guò)程才形成 ? 才迅速增大，受激輻射才迅速超過(guò)自發(fā)輻射而占 圖 從開(kāi)始震蕩到脈沖形成 優(yōu)勢(shì)。光子數(shù)的迅速增長(zhǎng)，使 in? 迅速減少，到 ptt? 7 時(shí)刻， itnn? ?? ，光子數(shù)達(dá)到最大值 m? 之后，由于 tnn? ?? ，則 ? 迅速減少 此時(shí)fnn? ??，為振蕩終止后工作物質(zhì)中剩余的粒子數(shù)。 綜上，既然諧振腔的 Q 值與損耗 ? 成反比，那么只要按照一定的規(guī)律改變諧振腔的 ? 值，就可以使 Q 值發(fā)生相應(yīng)的變化；而諧振腔的損耗包括反射損耗、衍射損耗、吸收損耗等，這樣，我們便可以通過(guò)各種不同的方 式控制不同類型的損耗變化，如此，就形成了種種不同的調(diào) Q 技術(shù)。而在本文中，我們將只對(duì)電光 Q 開(kāi)關(guān)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探討。理論和實(shí)踐均證明：晶體的介電常數(shù)與加在晶體上的電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。外電場(chǎng)的變化引起介質(zhì)光學(xué)性能—— 折射率變化的現(xiàn)象稱為電光效應(yīng)。如圖 。 KD*P 晶體屬于四方晶系 42m 晶類，光軸 C 與主軸 Z 重合。加電場(chǎng)后，由于晶體對(duì)稱性的影響 ， 42m 晶類只有 4163,?? 兩個(gè)獨(dú)立的線性電光系數(shù)。 KD*P 晶體加外電場(chǎng)后的折射率橢球方程是 ： 0222n yx ? +enz22 +2 12)( 6341 ??? xyExzEyzE Zyx ?? （ ） 當(dāng)只在 KD*P 晶體光軸 z方向加電場(chǎng)時(shí)上式變成： 0222n yx ? +enz22 + 12 63 ?xyEz? （ ） 經(jīng)坐標(biāo)變換，可求出此時(shí)在三個(gè)感應(yīng)主軸上 的主折射率： 21039。 ??nny zEn 6303 ? ez nn ?39。轉(zhuǎn)角大小與外加電場(chǎng)大小無(wú)關(guān)，長(zhǎng)、短半軸的長(zhǎng)度即39。xn。 圖 KD*P 63? 縱向效應(yīng) 當(dāng)光沿 KD*P光軸 z 方向傳播時(shí)，在感應(yīng)主軸 x‘ 、 y’ 兩方向偏振的光波分量， 9 由于此時(shí)晶體在這兩者方向上的折射率不同，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為 l 的晶體后產(chǎn)生位相差： xxy Vlnn 632)(2 39。 ?????? ??? （ ） 式中 lEV zz ? 為加在晶體 z向兩端的直流電壓。 4 電光 Q 開(kāi)關(guān) 1) 泡克耳斯盒 Q開(kāi)關(guān)可利用的電光效應(yīng)有兩種，即泡克耳斯效應(yīng)和克爾效應(yīng)。泡 克耳斯盒所需要的電壓僅為克爾盒的 1/101/5，它是 Q開(kāi)關(guān)脈沖激光器使用得最多的有源器件。 2. 檢偏器 3. 泡克耳斯盒 4. 起偏器 :YAG 激光棒 6：輸出鏡 圖 在固體激光器中加入泡克耳斯盒調(diào) Q 裝置示意圖 在這種結(jié)構(gòu)中，泡克耳斯盒既可用作加壓式 Q 開(kāi)關(guān)，當(dāng)除去虛線框內(nèi)的檢 偏器后 10 也可用作退壓式調(diào) Q。應(yīng)用前一種結(jié)構(gòu)的主要有 KD*P 晶體；應(yīng)用后一種結(jié)構(gòu)的主要有 LN 晶體。 帶起偏振器的 KD*P 電光 Q 開(kāi)關(guān)，是一種啟用較早、應(yīng)用較廣泛的電光晶體調(diào) Q 裝置，其特點(diǎn)是利用一個(gè)偏振器兼作起偏和檢偏，偏振器可采用方解石格蘭— 傅克棱鏡，也可用介質(zhì)膜偏振片。因?yàn)?KD*P 容易潮解，故需要放在密封盒內(nèi)使用，通常采用縱向加壓。由于外加電場(chǎng)的作用，主軸方向會(huì)發(fā)生變化，分別變?yōu)?x’和 y’，且與入射偏振方向成 45176。這種情況下，由介質(zhì)偏振器和 KD*P 調(diào)制晶體組成的電光開(kāi)關(guān) 11 處于關(guān)閉狀態(tài)，所以諧振腔的 Q 值很低，不能形成激光振蕩。 （ 2）泡克耳斯盒作加壓調(diào) Q 如圖 ，其工 作原理在本質(zhì)上和退壓應(yīng)用時(shí)是相同的，只不過(guò)需要加入一個(gè)檢偏器（ 2）并使其與起偏器（ 4）呈正交放置。在燈光脈沖末端，給泡克耳斯盒加上 Vλ /2電壓，使入射光束旋轉(zhuǎn) 90176。光束經(jīng)反射鏡反射之后又一次通過(guò)檢偏器和泡克耳斯盒，并再一次旋轉(zhuǎn) 90176。因此能夠通過(guò)并返回腔內(nèi)建立振蕩。本系統(tǒng)是將 1064nm 的激光通過(guò)倍頻晶體（ KTP），變成 532nm 的綠光。一般把入射的激光稱為基頻光，由倍頻激光器出來(lái)的光稱為倍頻光或二次諧波。角度相位匹配是利用晶體的雙折 射來(lái)補(bǔ)償正常色散而達(dá)到相位匹配的一種方法。 按照入射基波的偏振態(tài)又可將角度匹配方式分為兩類：一種是基波取單一的線偏振光形式入射，而倍頻光為另一種狀態(tài)的相偏振光，這種情況通常稱之為 12 第 I 類相位匹配。另一種情況是基波同時(shí)取兩種不同的線偏光形式，即兩者的偏振方向是垂直的，而產(chǎn)生的倍頻光為單一狀態(tài)的線偏振光，這種情況稱為第 II 類相位匹配，記作“ e+o=e”或“ e+o=o” ,因?yàn)榈?II 類匹配方式在非線性極化過(guò)程中，不是單純由基波的 o 光（或 e 光）的分 量乘積在起作用，而是 o光和 e 光分量同時(shí)在起作用。 三 .實(shí)驗(yàn)儀器 圖 電光調(diào) Q激光器裝置圖 1. 半導(dǎo)體準(zhǔn)直光源 .（ 650nm） 2. 小孔光闌（ Φ 2mm） . 3. 全反鏡（曲率半徑 4m，鍍膜對(duì) 1064nm的反射率 R=% (Φ 20)） 4. KD*P Q 開(kāi)關(guān)晶體 (Φ 12*40) 5. 偏振片 (Φ 30*5) 6. 聚光腔（聚四氟乙烯材料）（ 3:Nd YAG? 激光棒 Φ 6*100mm（兩端鍍 1064nm增透膜）和脈沖氙燈 Φ 7*90mm） . 7. 輸出鏡（ K9 玻璃材質(zhì) Φ 20） 13 8. KTP 倍頻晶體 (8*8*7) 9. 分光棱鏡（ 60 度、一面磨砂、 邊長(zhǎng) 厚度 25 ） 10. Q 開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路盒（冷陰 極閘流管（ 110*39*55）） ● 說(shuō)明 1. 由元件 3， 6， 7 即可構(gòu)成激光器的基本結(jié)構(gòu) “ 兩模一棒 ” 輸出激光，此時(shí)輸出的是未加任何調(diào)制的激光，叫 靜態(tài)激光 . 2. 在 3， 6 之間加入 4 和 5，便可實(shí)現(xiàn) 退壓式電光調(diào) Q. 調(diào) Q 后輸出的激光叫動(dòng)態(tài)激光 。 4. 在 8 之后加入 9，可以完成分光，測(cè)量 倍頻效率 。調(diào)節(jié)全反射腔鏡的四維調(diào)整架，使小孔光束通過(guò)其中心，并讓反射光束沿原路返回小孔。 2） 選模： 固定的諧振腔可能激勵(lì) 的橫模與腔型結(jié)構(gòu)、損耗大小和激勵(lì)水平等因素有密切關(guān)系。 橫模選擇方法可分為兩類：一類是在一定的諧振腔內(nèi)插入附加的選模元件來(lái)提高選模性能 ，可用小孔光闌和擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn) ；另 14 一類是改變諧振腔的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以獲得各衍射損耗的較大差別，提高諧振腔的選模性能，即非穩(wěn)腔選模。 2. 電光調(diào) Q 實(shí) 驗(yàn) 1）調(diào)試激光器，測(cè)量其關(guān)門電壓及閾值能量； 2）測(cè)量動(dòng)態(tài)激光輸出能量； 3）測(cè)量動(dòng)態(tài)激光的脈沖寬度； 4）計(jì)算動(dòng)態(tài)激光的峰值功率； 5）計(jì)算激光器的轉(zhuǎn)換效率及輸出激光的動(dòng)靜比； 3. 被動(dòng)調(diào) Q 實(shí)驗(yàn) 1） Cr4+:YAG 晶體飽和吸收特性的研究； 2）測(cè)量激光輸出脈寬及能量； 3）計(jì)算峰值功率； 4）被動(dòng)調(diào) Q激光器的搭建； 4. 非線性光學(xué)實(shí)驗(yàn) 1）從理論上計(jì)算 KTP 晶體的相位匹配角； 2）調(diào)節(jié)激光器及倍頻晶體的相位角和方位角觀察對(duì)倍頻效率的影響； 3）改變色散棱鏡的位置，確定其最小偏向角以得到