電光Q開關

Q開關可以在對雷射光束產生非常小或者非常高損耗之間快速轉換。這一器件通常用在雷射器諧振腔中，實現對雷射器進行有源的Q開關，這是一種產生短的強脈衝的方法，脈衝長度在納秒範圍。Q開關還可以與傾腔結合產生脈衝，但是這種情況下對於光開關的具體要求也是不同的。

電光Q開關是Q開關的一種。

基本介紹

  • 中文名：電光Q開關
  • 外文名：Q-switching
歷史,Q開關的類型,聲光Q開關,電光Q開關,無源Q開關,關鍵性質,參閱,

歷史

Q開關由Gordon Gould於1958年發明，隨後R.W. Hellwarth and F.J 在1961至1962年也獨立發明了套用於紅寶石雷射器的電驅動Q開關。

Q開關的類型

聲光Q開關

最常見的Q開關類型就是聲光調製器。只要聲波關閉，晶體或者玻璃片產生的透射損耗就非常小，但是聲波打開後，會產生很強的布拉格反射，每次通過產生的損耗在50%左右，線上性雷射諧振腔中通過兩次會產生75%的損耗。為了產生聲波，電子學驅動器需要功率在1W的射頻功率（或者在大孔徑器件中需要幾個瓦特）和100MHz的微波頻率（RF）。
器件中存在許多需要權衡的參數。例如，具有很高電光係數的二氧化碲材料需要很小的聲波功率，但是損傷閾值比較適中。晶體石英或者熔融二氧化矽可以承擔很高的光強，但是也需要更高的聲波功率（以及射頻功率）。需要的聲波功率還與器件的孔徑有關：高功率雷射器需要大孔徑器件，同時也需要更高的聲波功率。Q開關產熱很多，因此需要採用水冷卻裝置。而在低功率水平，則只需要傳導冷卻。
開關速度（或者調製頻寬）最終並不是受聲光換能器限制，而是由聲波速度和光束直徑。
為了抑制光學表面的反射，通常需要採用抗反射塗層。還有的Q開關的有源器件工作在布儒斯特角。

電光Q開關

Q開關微片雷射器需要非常高的開關速度，這時需要採用電光調製器。其中，光的偏振態通過聲光效應（普克爾斯效應）被改變，然後採用偏振片就將偏振態的改變轉變成對於損耗的調製。與聲光器件相比，它需要更高的電壓（需要得到納秒的開關速度），但是不需要射頻信號。

無源Q開關

無源開關是飽和吸收器，由雷射本身觸發。其中，Q開關自身引入的損耗非常小，一旦增益介質中儲存足夠的能量，雷射增益就會大於損耗。雷射功率開始緩慢增大，一旦吸收器達到飽和，損耗會減小，淨增益增加，雷射功率快速增大形成短脈衝。
在無源Q開關YAG雷射器中，Cr4+：YAG晶體通常作為無源Q開關。還有其它可用的材料，例如，各種摻雜晶體和玻璃，半導體飽和吸收反射鏡尤其適用於產生小的脈衝能量。

關鍵性質

在選取合適的Q開關時，需要考慮以下因素：
  1. 工作波長，會影響所需的抗反射塗層；
  2. 開放孔徑；
  3. 在高損耗狀態（尤其是高增益雷射器中）和低損耗狀態（影響功率效率）的損耗；
  4. 開關速度（尤其在短脈衝雷射器中）；
  5. 損傷閾值強度；
  6. 所需射頻功率；
  7. 冷卻要求；
  8. 裝置的尺寸（尤其在小型雷射器中）。
同時，電子學驅動需要適合Q開關。

參閱

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們