激光調Q技術介紹
激光問世以來,因其“三好一高”的特性,被譽為是“最快的刀”,“最準的尺”,使其在材料加工、醫學、科研等領域都得到廣泛的應用。同時,為了獲得更高的加工速率,更好的加工效果以及更極端的實驗環境,人們對激光器的能力,不斷提出新的要求。
如何將激光器的峰值功率做得更大,一直是激光器發展的迫切需要,說到這里,也就不得不提到激光的調Q技術。
電光調Q技術:
電光調Q技術的原理是普克爾斯(Pockels)效應——即一級電光效應,電光晶體的雙折射效應與外加電場強度成正比,偏振光經過電光晶體后,偏振面旋轉的角度與晶體長度和兩側所加電壓的乘積成正比。
目前普遍應用的電光晶體有KD*P(磷酸二氫鉀(KDP),磷酸二氘鉀(DKDP))晶體和LN(鈮酸鋰LiNbO3)晶體。當線偏振光入射到電場中的晶體表面,分解成初相位相同的左旋和右旋兩束圓偏振光。在晶體中,兩束光線的傳播速度不同。即從晶體中出射時,兩束光線存在相位差。則合成的線偏振光的偏振面已經和入射光的偏振面存在相位差,稱為旋光效應。
其中的起偏器由格蘭-付克棱鏡構成。格蘭-付克棱鏡(方解石空氣間隙棱鏡)是由兩塊方解石直角棱鏡拼接而成,由于晶體對于不同偏振方向的光線的折射率不同,所以偏振方向不同的光線的全反射臨界角不同。棱鏡組允許特定偏振方向的光線,其余的被反射。當我們在電光晶體兩側施加電壓時,可以改變通過晶體的光線的偏振方向,從而選擇性的讓光線出射,起到光電開關的作用。
當線偏振光經過一次電光晶體后,其偏振面旋轉45°,經反射鏡反射后再次經過電光晶體,此時與入射光的偏振方向相差90°,即π/2。此時反射光被棱鏡全反射,而不進入諧振腔。當工作物質的粒子數反轉達到飽和狀態時,改變晶體兩端電壓,使出射光偏振面不發生偏轉,振蕩條件建立。
聲光調Q技術:
聲光晶體在超聲場中對入射光產生衍射,使光線偏離出諧振腔,Q值增大而不能形成激光振蕩。直到在泵浦激勵下,工作物質的反轉粒子數不斷累積達到飽和。此時撤掉超聲場,Q值降低,激光振蕩條件迅速建立。激光出射,產生巨脈沖。
飽和吸收體調Q:
在諧振腔內插入可飽和吸收染料,染料吸收工作物質發出的熒光。開始時染料對光子的吸收率很高,系統Q值很低,自激振蕩不能發生,工作物資的反轉粒子數在泵浦激勵下不斷累積。當染料吸收的光子累計到一定程度后,染料會突然變得透明,此時Q值急劇減小,從而實現激光振蕩。
調Q激光器已經被廣泛的應用在醫療,工業和科研領域,其他提高激光器峰值功率的方法還有鎖模技術,啁啾放大技術……每次新技術的使用,都使得激光器的發展邁向新的臺階。激光技術的發展必將給各類技術、工藝的實現帶來新的方法和思路。