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介绍几种提高激光功率的技术

时间:2020-11-19 来源:新特光电 访问量:1027

调Q技术

调Q技术是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中,从而使激光光源的峰值功率提高几个数量级的一种技术(脉冲宽度指的就是时间,通常我们所说的飞秒激光就是脉冲宽度为飞秒量级的激光)。

激光产生的条件:需要形成粒子数反转。那么当粒子数反转超过一定值后,就会形成振荡,产生激光。当激光发射以后,上能级粒子数就消耗掉了,所以振荡就停止了,直到下一次粒子数累积后再反转。这也就是为什么普通激光器峰值功率不能提高的原因(一般只有千瓦数量级)。

改变激光器损耗的方法很多,比如转镜调Q、电光调Q、声光调Q、饱和吸收调Q等。再以电光调Q为例,在激光器里面新添加的器件是偏振片和电光晶体,然后通过周期控制电光晶体,使得其偏振方向与前面偏振片方向周期性转变:平行或者垂直。偏振原理:当偏振片平行时,光全部通过;偏振片正交(即垂直)时,光全部拦截。当光全部拦截时就表示激光器的损耗非常非常大。调Q技术一般可以提高2个数量级的峰值功率,达到10^6W (MW)量级(^表示幂次方),脉宽为纳秒量级左右。

介绍几种提高激光功率的技术

锁模技术

实现锁模的方法有很多种,但一般可以分成两大类:即主动锁模和被动锁模。主动锁模指的是通过由外部向激光器提供调制信号的途径来周期性地改变激光器的增益或损耗从而达到锁模目的;而被动锁模则是利用材料的非线性吸收或非线性相变的特性来产生激光超短脉冲。

锁模,也叫锁相,顾名思义,就是锁定激光器的模式,或者锁定激光的相位。回顾下干涉的原理:当电磁波(光)满足一定的条件:相位差(光程差)恒定,振动方向一致,就会产生干涉。如图2(b)所示,当锁定不同激光纵模(即频率)之间的相位差后,就会将大部分能量集中到干涉增强处;图2(b)为普通未锁定相位的光强时域分布。通过这种方法,可以将脉冲宽度压缩到皮秒量级,甚至到亚飞秒量级,功率达到10^9W(GW)量级。

介绍几种提高激光功率的技术

啁啾脉冲放大技术

啁啾脉冲放大技术不仅将峰值功率提升了近10个数量级,而且体积小、成本低,也避免了上述的问题,甚至成为类似于神光系列大装置激光系统的基本手段。

介绍几种提高激光功率的技术

啁啾脉冲放大技术原理如图3所示,结构上分为四部分:振荡器、展宽器、放大器、压缩器。原理就是先展宽、然后放大、再压缩成高功率短脉冲的激光。这个好处就在于,极大地避免了在带有增益介质的放大器中产生高峰值功率的激光,从而避免元件损伤等。

光学参量啁啾脉冲放大技术

光学参量放大(OPA)是指一束高频率的光(泵浦光)和一束低频率的光(信号光)同时进入非线性介质中,输出中的信号光由于差频效应而得到放大,当然于此同时会产生两者光频差的第三种相干光,称之为闲频光(必须符合能量守恒定律)。

由于该技术采用非线性晶体(例如KDP、BBO等),而不是利用增益介质的粒子数反转,所以没有热效应,没有ASE效应等,具有非常高的信噪比。

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