聲光 Q 開關——用于激光器調Q的聲光調制器

時間：2021-07-09 來源：新特光電訪問量：3167

聲光調制器(AOM) 可以針對Q 開關激光器的特定應用進行優化。這種聲光Q開關放置在激光諧振腔內。當激光器被泵浦時，AOM 的 RF 輸入被打開，因為在諧振腔中循環的光的衍射損耗很高（因為衍射光束離開諧振腔），并且激光被抑制。當射頻輸入突然關閉時，會產生強烈的激光脈沖。

大多數調Q固態激光器都包含一個聲光調Q開關；只有少數激光器內置電光Q 開關，需要最高的開關速度和/或非常高的損耗調制。

緊湊型聲光Q開關

聲光Q開關要求

關于聲光調制器的文章中討論了 AOM 的一般要求。特別是對于激光器的Q開關，以下方面與適當的性能相關：

零級（非衍射）光束的插入損耗應該非常低，以避免功率損耗和熱效應。因此，應使用損耗吸收聲光介質（通常是熔融石英）并制備具有高表面質量的介質。為了抑制光學表面的反射，經常使用抗反射涂層。也有Q開關，其中有源元件以布魯斯特角操作；強制激光束的線性偏振。在某些情況下（例如對于會發生強去極化損耗的激光器），Q 開關應該與偏振無關。
輸入和輸出極化通常應該相同。（Q 開關通常基于各向同性衍射，即使在使用非各向同性聲光介質時也是如此。）
調制器的損壞閾值必須足夠高以承受強激光脈沖。
“開啟”狀態下的衍射損耗必須足夠高以安全地抑制激光發射。所需的損失取決于增益激光增益介質。
開關速度必須足夠高以獲得干凈的脈沖積累。該要求主要取決于激光諧振腔的往返時間（因此取決于其長度）和激光增益。可實現的開關速度基本上受Q 開關中聲速和波束半徑的限制。對于通常的固態激光器，很容易獲得所需的開關速度，但對于特別緊湊的短脈沖激光器，這可能具有挑戰性。在某些情況下，由于 AOM 的速度限制，需要使用電光調制器。
該設備應適用于高占空比，這是此類激光應用的典型特征。

有各種各樣的權衡。例如，具有高彈光系數的二氧化碲 (TeO 2 ) 需要小的聲功率，但具有中等的損傷閾值。結晶石英或熔融石英可以承受更高的光強度，但代價是更高的聲功率（因此也是射頻功率）。所需的聲功率還取決于設備的光學孔徑：大孔徑設備，如高功率激光器所需，需要更高的聲功率。Q開關中產生的熱量可能非常強烈，以至于需要水冷。在較低的功率水平下，傳導冷卻就足夠了。

對于高增益激光器（例如，光纖激光器），可以在激光條件下使用一階衍射光束，因此當 AOM 關閉時會導致非常高的諧振腔損耗。然而，激光狀態下的損耗也相當高，并且在脈沖生成期間會發生頻移。因此，該配置不常使用。

聲光Q開關的射頻驅動器

使用的電子驅動器通常是一個以固定調制頻率和數字輸入運行的設備，用于快速打開/關閉射頻輸出。

所需的射頻驅動功率通常很大（有時甚至遠高于 10 W），原因如下：

激光增益通常（但并非總是）非常高，因此Q開關需要大量的損耗調制。
聲光介質必須針對低損耗進行優化，暫時導致較低的聲光品質因數。
如果需要與極化無關的操作，則必須使用剪切波，從而導致品質因數更低。
特別是對于高功率激光器，需要大孔徑和相應大的聲束直徑。

由于射頻功率最終會轉化為熱量，因此通常需要對 AOM 進行水冷。

聲光Q開關射頻驅動器

G&H聲光Q開關 (AOQS)

聲光Q開關 (AOQS) 在激光腔內工作，通過主動控制腔的 Q 因子（損耗）來產生高強度的脈沖光。我們的聲光Q開關堅固耐用、可靠且經久耐用，并以數百萬小時的現場服務為后盾。

我們提供低插入損耗、高效的聲光Q開關，能夠處理非常高的峰值功率，并將利用我們 35 年的經驗來匹配腔長、重復率、波長、光束直徑、偏振狀態和輸出功率激光到最佳聲光Q開關解決方案。

當放置在激光腔內時，聲光Q開關 (AOQS) 可用于通過聲光效應控制諧振腔內循環的光量。當打開時，AOQS 將光從腔內的光束路徑中衍射出來，從而增加損耗并降低 Q 因子。雖然腔中的損耗很高并且泵浦繼續進行，但不會發生激光，但可以在增益介質內建立粒子數反轉。一旦增益飽和，聲光Q開關的射頻功率就會關閉，從而非常迅速地降低腔內的損耗。這增加了 Q 因子并允許快速放大以產生非常高強度的短脈沖。

高質量的聲光Q開關具有以下幾個重要特性：