固體激光倍頻調(diào)Q試驗(yàn)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——固體激光倍頻調(diào)Q試驗(yàn)聲光調(diào)Q倍頻YAG激光器試驗(yàn)

聲光調(diào)制器由石英晶體、鈮酸鋰或重火石玻璃作為聲光介質(zhì)，通過壓電晶體電聲轉(zhuǎn)換器將超聲波耦合，在聲光介質(zhì)中產(chǎn)生超聲波光柵，介質(zhì)的折射率被周期性調(diào)制形成折射率體光柵。在腔內(nèi)采用該技術(shù)，可將連續(xù)的1064nm基頻光變換成10KHz的高重復(fù)率脈沖激光，由于具有重復(fù)頻率和峰值功率高的特點(diǎn)，可獲得高平均功率的倍頻綠光輸出。

（1）把握聲光調(diào)Q連續(xù)激光器及其倍頻的工作原理；（2）學(xué)習(xí)聲光調(diào)Q倍頻激光器的調(diào)整方法；

（3）了解聲光調(diào)Q固體激光器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，并把握測(cè)試方法；（4）學(xué)習(xí)倍頻激光器的調(diào)整方法。

聲光調(diào)Q倍頻連續(xù)YAG激光器的工作原理（1）聲光調(diào)Q基本原理：

圖1聲光調(diào)制器工作原理

聲光調(diào)制器是由石英晶體、鈮酸鋰、或重火石玻璃做為聲光介質(zhì)，通過電聲換能器（壓電晶體）將超聲波耦合進(jìn)去，在聲光介質(zhì)中產(chǎn)生超聲波光柵。超聲波光柵將介質(zhì)的折射率進(jìn)行周期性調(diào)制，從而進(jìn)一步形成折射率體光柵。如圖1所示。光柵公式如下式（1）

式（1）中，是聲光介質(zhì)中的超聲波波長(zhǎng)，為布拉格衍射角，為入射光波波長(zhǎng)，n為聲光介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射光以布拉格角入射時(shí)，出射光將被介質(zhì)中的體光柵衍射到一級(jí)衍射最大方向上。利用聲光介質(zhì)的這種性質(zhì)，可以對(duì)激光諧振腔內(nèi)的光束方向進(jìn)行調(diào)制。當(dāng)參與聲光調(diào)制信號(hào)時(shí)，光束偏轉(zhuǎn)出腔外，不能在腔內(nèi)形成振蕩，即此時(shí)為高損耗腔。在此期間泵浦燈注入給激活介質(zhì)（激光晶體）的能量?jī)?chǔ)存在激光上能級(jí)，形成高反轉(zhuǎn)粒子數(shù)。當(dāng)去掉聲光調(diào)制信號(hào)時(shí)，光束不被偏轉(zhuǎn)，在腔內(nèi)來回，形成激光振蕩。由于前面積累的高反轉(zhuǎn)粒子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過激光閾值，所以瞬時(shí)形成脈沖激光輸出，從而形

成窄脈寬、高能量的激光脈沖。聲光調(diào)Q激光器工作在幾千周到幾十千周的調(diào)制頻率下，所以可以獲得高重復(fù)率、高平均功率的激光輸出。（2）倍頻器件工作原理：

圖2倍頻晶體折射率橢球及通光方向示意圖

由于晶體中存在色散現(xiàn)象，所以在倍頻晶體中的通光方向上，基頻光與倍頻光所經(jīng)歷的折射率

與

是不同的。圖3給出了一個(gè)單軸晶

體的色散及1064nm倍頻匹配點(diǎn)的折射率關(guān)系曲線。圖3中的實(shí)線代表了尋常光的折射率，點(diǎn)劃線代表了十分光的折射率，中間的點(diǎn)線則代表了十分光在改變?nèi)肷涔饨嵌葧r(shí)得到的折射率。由圖中可以看出，當(dāng)改變晶體中入射光的角度，中間的十分光折射率曲線隨之變化，在如圖3的位置上，可以實(shí)現(xiàn)1064nm的倍頻。即在特定的通光方向上，532nm的倍頻光與1064nm的基頻光折射率可以實(shí)現(xiàn)相等，實(shí)現(xiàn)倍頻的相位匹配。對(duì)于雙軸晶體其相位匹配的計(jì)算較為繁雜，這里不詳細(xì)

論述。其相位匹配原理都是一致的。

圖3單軸晶體色散曲線及倍頻原理示意圖

（3）倍頻效率：

設(shè)w為基頻光，2w為倍頻光，則由理論計(jì)算可以得到倍頻的效率為

（2）

為基頻光光強(qiáng)，

為倍頻光光強(qiáng)，L為晶體長(zhǎng)度，

為基頻光折射率，

為

晶體倍頻有效非線性系數(shù)，折射率，

為倍頻光

為三波互作用時(shí)的波矢量失配。由

時(shí)效率

公式給出的倍頻效率是一個(gè)Sinc平方函數(shù)，當(dāng)

達(dá)到最大值，失配量在的整數(shù)倍時(shí)達(dá)到最小值。

圖4倍頻效率的sinc平方函數(shù)圖

試驗(yàn)裝置如圖5所示。這是一臺(tái)內(nèi)腔倍頻、連續(xù)氪燈（單燈）泵浦、聲光調(diào)Q的YAG激光器。不加倍頻元件可以輸出1064nm波長(zhǎng)的近紅外高功率激光。當(dāng)腔內(nèi)放置倍頻晶體時(shí)，如采