Q 開關

Q Switching

Q 開關是一種通過調節腔內損耗從而調節激光諧振腔的Q因子,從激光器中獲得高能短光脈沖(而非超短)的技術。該技術主要用于固態體激光器產生高能量和峰值功率的納秒脈沖。

Q開關脈沖的產生過程的描述:

  • 最初,諧振器損耗保持在高水平(有主動調Q和被動調Q兩種技術),從而無法產生激光。通過泵送機制使用增益介質的能量快速增加并積累。如果泵浦能量足夠的情況下,儲存的能量通常僅受自發輻射(特別是連續泵浦)的限制,在其他情況下(具有足夠大的增益)受到寄生激光的影響。
  • 然后,諧振腔的損耗突然降低到一個很小的值,因此激光輻射的功率在激光諧振腔中迅速增加。這個過程通常從自發發射的噪聲開始,在數百或數千次的諧振腔往返中被放大到宏觀的功率水平。
  • 一旦腔內功率達到增益介質的飽和能量的數量級增益開始飽和。當增益等于諧振腔器自身損耗時達到脈沖峰值。

此時存在的巨大內腔功率導致在功率衰減期間存儲的能量進一步耗盡。通常,在脈沖最大值之后提取的能量與在脈沖最大值之前提取的能量相似,并且產生的脈沖形狀大致對稱。

用Q開關實現的脈沖持續時間通常在納秒范圍內(相當于幾個諧振器的往返),通常遠遠高于諧振腔的往返時間。產生的脈沖能量通常高于增益介質的飽和能量,即使是小型激光器也可以達到毫焦耳范圍。峰值功率可以比連續波操作時的功率高幾個數量級。即使對于中等尺寸和光束適度聚焦的激光器,峰值強度也足以在空氣中進行光擊穿。

在大多數情況下,Q開關激光器通過重復的Q開關產生有規律的脈沖序列。脈沖重復率通常在1-100kHz的范圍內,有時更高。被動Q開關微芯片激光器的脈沖持續時間遠遠低于1納秒,重復率高達幾兆赫茲,而大型(通常是放大的)激光系統可以提供具有數千焦耳能量和持續時間在納秒范圍內的脈沖。

應用Q開關技術的激光器被稱為Q開關激光器。

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