试验八电光调Q技术

1、实验八电光调Q技术、实验目的1. 掌握固体激光器中电光调 Q技术的基本原理；2. 掌握调Q激光器输出能量、脉冲宽度等主要指标的测量方法；3. 了解影响电光调Q效果的因素，并掌握调试技术。二、实验原理一般不加调Q技术的固体激光器输出的激光脉冲是由一系列强度不等尖峰 脉冲序列组成的。这种输出特性称为激光的弛豫振荡，脉冲的峰值功率约为几 十千瓦量级，总的脉冲宽度为毫秒量级。为了 提高固体激光器输出激光脉冲的 峰值功率，需要采用调 Q技术。采用此技术脉冲输出峰值功率可达几十兆瓦以 上。目前电光调Q技术是较常用的调Q技术。由晶体光学可知，KD*P晶体在Z轴方向的电场作用下三个感应主折射率为：式中no为O

2、光折射率，ne为E光折射率，丫 63为光电系数，E为z方向电场强度, 沿z方向入射的线偏光进入长度为 e晶体后，沿新主轴x '、y '方向分解相互 垂直的偏振分量，并产生相位差： 式中VZ是沿z方向加在晶体上的电压，当通过晶体的光波波长确定后，相位差 只取决于外加电压VZ。当位相差为n弧度时所需要的电压称为“半波电压” 用Vx/2表示；当相位差为n /2弧度时所需要的电压称为“四分之一波电压”用 V /4表示，即： * 12对于 KDP 晶体：no=1.51 r 63=23.6 x 10- m/VT1小孔光栏 He-Ne图 8-1 电光 Q 开关红宝石激光器示图光电调Q红宝石激

3、光器如图8 1所示，由反射镜M和M构成激光谐振腔， 其中M为部分反射镜；R为60°生长红宝石激光晶体（即晶轴与光轴成60°角）； KD*P为磷酸二氘钾电光晶体，由于KL*P晶体易潮解，因此密封在晶体盒内。盒 的两端用 布儒特斯窗密封，其作用是减少反射损耗，提高激光的线偏振度 。He-Ne激光器和小孔光栏用于调整光路，Ti、T2为转向反射镜。 红宝石激光工作物质在脉冲氙灯照射（泵浦）下产生荧光，沿谐振腔轴方 向传播的荧光在红宝石激光工作物质中不断得到放大，形成偏振方向与晶轴平 面垂直的线偏振光（因为红宝石激光工作介质对不同偏振方向的光有不同的放 大率，通常O光放大率与E光放大

4、率之比为10: 1。）线偏振光到达加有四分之 一波电压的电光晶体时，被分解成沿x'折射率主轴方向振动的光和沿 y'折射 率主轴方向振动的光。通过晶体后产生 n /2的位相延迟，此光通过全反射镜的 反射后再次通过电光晶体后产生 n位相延迟，合成为偏振方向与入射时垂直的 线偏振光。该线偏振光通过激光工作物质时获得的放大率很小，不能形成激光 振荡，这时激光腔的Q值很低。红宝石激光工作物质在脉冲氙灯继续泵浦下， 在上激光能级不断积累粒子数， 形成集居数反转， 当集居数反转达到最大值 （或 称达到饱和反转粒子数）时，将光电晶体上的四分之一波电压突然去掉，电光 效应消失，这时通过晶体的线偏

5、振光的偏振方向不变，能在 激光腔内形成自由 振荡，在极短时间内将存储在上激光能态中的反转粒子数消耗掉，形成峰值功 率很高、脉冲宽度很窄的激光巨脉冲。三、实验装置电光调Q红宝石激光器一台红宝石棒 © 9.5 x 150mm 脉冲氙灯 © 7X 150mmTDS210示波器一台频率：60MH 存贮：1GS/S光电接受装置两套适于测量仿真线波形、非调Q激光脉冲和调Q微光脉冲宽度波形。145A 型激光能量计一台测量范围： 020J 分 3 档适用波长： 694.3nm四、实验步骤1. 电光晶体kDp在未加电压时，调整好激光器并能正常出光，连接光电接 收装置，接收散射出来的激光和氙灯

6、的光。通过示波器观察脉冲氙灯放电波形 和弛豫振荡激光的波形，并记录激光尖峰振荡的包络线，确定脉冲宽度等，同 时用能量计接收输出能量。2. Q 开关晶体加电压，仔细调整晶体的方位( 晶体在谐振腔中应使光的偏 振方向与晶体的x轴与y轴一致)。3. 调整Q开关方位的同时并寻找Vx/4 0(1)晶体方位固定， 改变晶体上的电压， 并使激光器运转出光(此时按下 “消光”按钮使晶体上的电压不退) ，用黑相纸或能量计接收激光， 找出使激光 器输出最小所对应的电压0(2)固定上述电压，调整晶体方位，使x轴或y轴与入射偏振光方向一致， 反复调整，直到激光器输出最小为止0( 3)重复( 1)、( 2)，直到激光器没有激光输出为止0(4)将“消光”按钮抬起，恢复调Q电路的功能，观察激光器的输出能量。4. 确定延迟时间，使激光器调 Q工作，每次改变退压时间，用示波器和能 量计观测输出波形和能量，找出最佳延迟时间05. 测量静态和动态的激光能量，然后计算出动静比0五、实验报告1. 记录实验和测试条件02. 与计算出的S/4进行比较，分析二者是否不同，为什么？3. 画出并简述电光调Q激光器的时序关系。六、思考题1. 为什么电光晶体的x轴或y轴与入射偏振光振动