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调Q激光器的三种类型
浏览次数:285      发布于:2023-04-25
调Q激光器可产生高强短脉冲激光。对于高脉冲能量,增益介质必须能够存储足够高的能量,这就要求其具有长上能级寿命、高密度激光离子、不太高的增益效率;如果增益效率太高,自发辐射将限制能量存储,而且初始损耗必须很高才能防止激光提前启动。上能级寿命在纳秒级的气体、半导体和染料激光器不适合调Q工作。 固体激光器是常见也是从技术角度而言重要的调Q激光器类型,但是光纤激光器也能以调Q工作,并可通过光纤放大器提高平均功率,而微片激光器则以极短的腔长提供更窄的脉宽。 主动和被动调Q 主动调Q激光器通过调制器主动调制腔内损耗。比如在腔内插入声光调制器,施加RF功率时使部分光束通过衍射溢出腔外,激光介质中存储高能量后深圳市华联欧国际贸易有限公司是欧美工业备品备件一站式服务商,货源充足,型号齐全,质量可靠,售后服务佳。专业原装行货,正品保证,欢迎来电咨询!所有产品售后有质保,并且有终身免费技术指导。我们有专业的客服团队,24小时进行服务。下面是深圳华联欧小编精心为大家推荐的产品科普一下调Q激光器的三种类型,如果您喜欢可以继续阅读详细浏览一下去看看了解一下吧,关注收藏我们网址,每天为大家推送更多的干货!
调Q激光器可产生高强短脉冲激光。对于高脉冲能量,增益介质必须能够存储足够高的能量,这就要求其具有长上能级寿命、高密度激光离子、不太高的增益效率;如果增益效率太高,自发辐射将限制能量存储,而且初始损耗必须很高才能防止激光提前启动。上能级寿命在纳秒级的气体、半导体和染料激光器不适合调Q工作。
固体激光器是常见也是从技术角度而言重要的调Q激光器类型,但是光纤激光器也能以调Q工作,并可通过光纤放大器提高平均功率,而微片激光器则以极短的腔长提供更窄的脉宽。
主动和被动调Q
主动调Q激光器通过调制器主动调制腔内损耗。比如在腔内插入声光调制器,施加RF功率时使部分光束通过衍射溢出腔外,激光介质中存储高能量后忽然关闭RF功率形成并输出激光脉冲。
主动调Q激光器基本结构
被动调Q激光器通过可饱和吸收体调制腔内损耗。对于可饱和吸收体,低强度光被吸收,高强度光透射,因此可通过腔内光强被动调制损耗。
被动调Q激光器基本结构
可饱和吸收体低强度低透、高强度高透
用于调Q的可饱和吸收体一般是掺杂过渡金属离子的晶体或玻璃。比如,Cr4+:YAG晶体常用于1.064 μm Nd:YAG激光器(包括微片激光器),V3+:YAG晶体则适合1.3 μm激光器。调制深度取决于掺杂浓度和晶体长度,而饱和能量可通过吸收体中的模场调节。可饱和吸收离子也可掺杂在光纤中。
半导体可饱和吸收反射镜(SESAM)特别适合微片激光器,它几乎不增加腔长,所以脉宽可以非常窄,而且性能参数还可通过设计和材料优化。另外,可饱和吸收体还可以是掺量子点(比如硫化铅)的玻璃、染料溶液甚至气体。
调Q固体激光器
固体激光介质一般掺杂三价稀土离子,比如钕、镱和铒,也有少数掺杂钛和铬等过渡金属离子。下表列出了一些常用的固体调Q增益介质及其主要特性。
小型主动调Q固体激光器通过1到20 W激光二极管连续泵浦可产生高达10 mJ量级的脉冲能量(比如1 kHz重频和10 W平均功率)。典型脉宽在几到几百纳秒,对于100 ns脉宽,10 mJ脉冲能量对应约90 kW峰值功率。被动调Q激光器的脉冲能量一般更低。
对于更高能量但低重频激光(所以平均功率一般),可以使用脉冲泵浦,比如准连续二极管或闪光灯泵浦。使用不是很大的闪光灯泵装置可产生数焦耳的脉冲能量。
对于高平均功率和中高重频,一般使用高功率激光二极管连续泵浦。比如,碟片式Yb:YAG激光器能以较长脉宽(比如1 μs)输出数百瓦平均功率。掺钕板条激光器可产生更短的脉宽,并且输出高功率、高质量光束。提高功率的另一种方法是使用主振荡功率放大器(MOPA)结构。
调Q微片激光器
微片激光器具有非常短的腔,特别是通过半导体可饱和吸收镜(SESAM)被动调Q工作。因为光场几乎不穿透SESAM,所以腔长基本只取决于晶体厚度。下图所示为SESAM被动调Q微片激光器的基本结构。
如果晶体具有高泵浦吸收率和高增益,比如Nd:YVO4晶体,可产生远小于100 ps的脉宽,但是脉冲能量一般无法超过1 μJ太多。这种激光器的困难之一是制备既具有高调制深度、饱和能量也不太低的SESAM组件。饱和能量太高可能造成SESAM损伤。
微片激光器也可通过小型电光调制器以主动调Q工作,但由于腔长增加,脉宽也因此变长。微片激光器可实现非常高的脉冲重频,比如被动调Q可达到数MHz级别,但是提高重频时脉宽也会更长。
短腔也更容易实现单模输出。尽管脉冲能量低,但由于脉宽窄,所以峰值功率较高,足够实现高效的非线性频率转换。所以,微片激光器能以很紧凑的系统提供可见光、紫外或中红外输出。
光纤激光器
光纤激光器也能主动或被动调Q工作,但是实施有所局限:
适合全光纤器件的调制器选择有限,而且主要用于很小模场的单模光纤,因此非线性效应、光纤损伤和放大自发辐射(ASE)非常限制性能。
使用包层泵浦大模场光纤可显著提高能量(比如1 mJ以上),但是此类系统需要在腔内使用块体光学组件,这样将失去全光纤的技术优势,而且性能无法达到固体激光水平。
下表总结了调Q光纤激光器的一些发展进程

但是,通过高功率光纤放大器可放大脉冲,提高平均功率,即使脉冲能量一般。放大器中可能存在一定的非线性脉冲畸变,不过在其应用中也可以接受。
调Q激光器应用
材料加工:切割、钻孔、打标、光刻图案
测距、激光雷达(LIDAR)
激光诱导击穿光谱学(LIBS)
医学应用:皮肤学、洗纹身
非线性频率转换泵浦源
荧光光谱学

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