雷射調Q技術

雷射單元技術之一。是為壓縮雷射器輸出脈衝寬度和提高脈衝峰值功率而採取的一種特殊技術；這種技術的基礎是一種特殊的關鍵元件──快速腔內光開關，一般稱為雷射調Q開關，或簡稱為Q開關。

基本介紹

• 中文名：雷射調Q技術
• 外文名：Laser Q modulation technology
• 簡稱：Q開關
• 類型：雷射單元技術

功能作用

雷射單元技術之一。是為壓縮雷射器輸出脈衝寬度和提高脈衝峰值功率而採取的一種特殊技術；這種技術的基礎是一種特殊的關鍵元件──快速腔內光開關，一般稱為雷射調Q開關,或簡稱為Q開關。共振腔的Q值大小，是由腔內損耗和反射鏡光學反饋能力兩個因素所決定的；Q值愈高,所需要的泵浦閾值就越低，亦即雷射愈容易起振。在一般的脈衝固體雷射器的情況下，若不採用特殊的技術措施，脈衝雷射在腔內的振盪持續時間，與光泵脈衝時間（毫秒量級左右）大致相同，因此輸出雷射的脈衝功率水平亦總是有限的。如果採用一種特殊的技術，使光泵脈衝開始後相當長一段時間內，有意降低共振腔的Q值而不產生雷射振盪,則工作物質內的粒子數反轉程度會不斷通過光泵積累而增大；然後在某一特殊選定的時刻，突然快速增大共振腔的Q值,使腔內迅速發生雷射振盪，積累到較高程度的反轉粒子數能量會集中在很短的時間間隔內快速釋放出來，從而可獲得很窄脈衝寬度和高峰值功率的雷射輸出。為實現以上目的，最常用的方法是在共振腔內引入一個快速光開關──Q開關,它在光泵脈衝開始後的一段時間內處於“關閉”或“低Q”狀態，此時腔內不能形成振盪而粒子數反轉不斷得到增強；在粒子數反轉程度達到最大時,腔內Q開關突然處於“接通”或“高Q”狀態,從而在腔內形成瞬時的強雷射振盪,並產生所謂的調Q雷射脈衝輸出到腔外。

工作原理

轉鏡開關 　通常是將組成共振腔的一個全反射鏡用一個快速馬達帶動進行高速旋轉，只有當反射鏡面旋轉到與最佳起振位置重合時，腔內才形成一個損耗最低的往返振盪迴路，從而產生瞬時強雷射振盪。轉鏡調Q是人們最早發明的一種調Q方法。優點是開關裝置堅固耐用；缺點是機構比較複雜,調Q穩定性較差。

電光開關 　利用某些壓電晶體（如KDP、LiNbO3等）的線性電光效應而製成偏振開關元件，使得其只有在瞬時施加(或去掉)外界控制電場情況才處於接通狀態，從而可起到Q開關作用。與轉鏡開關相比，電光調Q開關的優點是開關速度快、控制精度高。
飽和吸收染料開關 　研究表明，某些染料媒質具有突變的吸收飽和特點，亦即當波長處於其吸收峰附近入射光信號較弱時，染料媒質對入射光呈現出非常明顯的吸收趨勢（相當於處於“關閉”狀態）；當入射光信號增強到一定程度時，染料媒質對入射光突然呈現出明顯的吸收飽和趨勢(相當於近似透明的“接通”狀態)。利用某些染料的上述特點，可將它們置於共振腔內起到調Q開關的作用。在光泵脈衝開始後的一段時間內,工作物質的初始受激發射信號較弱,染料開關處於關閉狀態;當工作物質粒子數反轉程度達到最大，受激發射光強增大到足以使染料開關處於吸收飽和狀態（或稱為“漂白”狀態）,從而在腔內接通振盪迴路並形成調Q雷射輸出。染料調Q開關的優點是裝置簡單、成本低;不足之處是光化學穩定性較差，調Q重複性精度不高。
調Q技術是高功率脈衝雷射器的主要基礎技術之一；對常用的脈衝固體雷射器來說，採用調Q技術後,輸出雷射的脈衝時間寬度可壓縮到萬分之一，峰值功率可提高到千倍以上。