脈衝雷射器

雷射器從運行上分為連續雷射器和脈衝雷射器。脈衝雷射器是指單個雷射脈衝寬度小於0.25秒、每間隔一定時間才工作一次的雷射器，它具有較大輸出功率，適合於雷射打標、切割、測距等。常見的脈衝雷射器有固體雷射器中的釔鋁石榴石（YAG）雷射器、紅寶石雷射器、釹玻璃雷射器等，還有氮分子雷射器、準分子雷射器等。調Q和鎖模是得到脈衝雷射的兩種最常用的技術。

基本介紹

• 中文名：脈衝雷射器
• 分類：連續雷射器和脈衝雷射器
• 脈衝寬度：小於0.25秒
• 適合於：雷射打標、切割、測距

基本信息

調Q技術也叫做Q開關技術，是一種獲得高峰值功率、窄脈寬雷射脈衝的技術。調Q技術的工作原理如下：在光泵浦初期設法將諧振腔的Q值調高，從而抑制雷射振盪的產生，使工作物質上能量粒子數得到積累。隨著光泵的繼續激勵，上能級粒子數逐漸積累到最大值。此時突然將諧振腔的Q值調低，那么積累在上能級的大量粒子便雪崩式地躍遷到雷射下能級，在極短的時間內將儲存的能量釋放出來，從而獲得峰值功率極高的雷射脈衝輸出。

詳細信息

調Q技術最早出現於1962年，其誕生是雷射發展史上的一個重要突破。在此之前，由於普通脈衝雷射器輸出的馳豫振盪，我們很難獲得峰值功率高而脈寬窄的雷射脈衝。調Q技術的套用，使我們能夠獲得峰值功率在兆瓦以上而脈寬僅為納秒量級的雷射脈衝，使雷射成為非常強的相干光源，並由此產生了非線性光學等新的光學分支。同時，也推動了諸如雷射雷達、雷射測距、高速攝影、核聚變等套用技術的發展。

在普通雷射器中加入調Q元件即構成調Q雷射器。根據調Q元件所採用的介質及其工作方式的不同，調Q雷射器可分為電光調Q、聲光調Q 、可飽和吸收調Q與機械轉鏡調Q四類。其中，電光調Q和聲光調Q是目前套用較為廣泛的調Q技術。

電光調Q是利用某些晶體所具有的線性電光效應實現Q值突變的，具有開關時間短、效率高、調Q的時刻可以精確控制、系統工作穩定、重複頻率高、輸出脈寬窄（10~20ns）、峰值功率高（幾十兆瓦以上）等優點。

聲光調Q是利用雷射通過聲光介質中的超聲場時發生衍射效應，造成光束的偏折來控制諧振腔的損耗，從而實現Q值突變的。它具有性能穩定、重複頻率高（1~20kHz）、調製電壓低（一般<200V）等優點，適用於中小功率、高重頻的脈衝雷射器。

電光調Q或聲光調Q都是人為地利用光通過在電場或聲波場作用下的電光或聲光介質所發生的各種物理效應，從而控制腔內的反射損耗來實現Q值突變的，是一種主動式的調Q方法。

而可飽和吸收調Q技術，則是利用可飽和吸收體本身的吸收特性（即它是一種非線性吸收介質，在比較強的雷射作用下，它的吸收係數會隨光強的增加而逐漸減小直至飽和，對光呈現出透明的特性），通過控制腔內的吸收損耗來調節Q值的，是一種被動式的調Q方法，它具有結構簡單、方便實用的特點。

半導體可飽和吸收體（SESAM）技術出現於1992年，現已廣泛地套用於固體雷射器和光纖雷射器，以實現短脈衝或超短脈衝。SESAM的基本結構就是把反射鏡與吸收體結合在一起。底層一般為半導體反射鏡，其上生長一層半導體可飽和吸收體薄膜，最上層可能生長一層反射鏡或直接利用半導體與空氣的界面作為反射鏡。這上下兩個反射鏡就形成了一個法布里-珀羅腔，改變吸收體的厚度以及兩反射鏡的反射率，可以調節吸收體的調製深度和反射鏡頻寬。

隨著科學的發展，很多套用技術（例如雷射熱核反應、雷射同位素分離、精密測距等）要求能夠獲得超短脈衝，即脈寬達到納秒以下量級的光脈衝。此時單純適用調Q的方法，受腔長和調Q器件等條件的限制，已無法進一步壓窄脈寬。

鎖模作為一種新的壓縮脈寬的途徑，又被稱為超短脈衝技術。它的定義包含兩方面內容：各振盪縱模初相位鎖定；各振盪縱模頻率間隔相等且固定為c/2nL（L為腔長）。

按照鎖模的工作原理，實現鎖模的方法分為主動鎖模、被動鎖模、同步泵浦鎖模、自鎖模和碰撞鎖模等多種形式。下面主要介紹前兩種：

主動鎖模採用周期性調製諧振腔參量的方法，其基本原理是：在諧振腔中插入一個受外界信號控制的調製器，用一定的調製頻率周期性的改變腔內振盪模的振幅或相位。主動鎖模的實現多採用聲光或電光調製器。

被動鎖模是將可飽和吸收體放在諧振腔內加以實現的，其原理主要是利用可飽和吸收體的非線性吸收效應。被動鎖模方法和被動Q開關二者之間的區別主要表現在：被動鎖模要求可飽和吸收體上能級的壽命非常短。