激光調(diào)Q技術(shù)介紹
激光問世以來,因其“三好一高”的特性,被譽(yù)為是“最快的刀”,“最準(zhǔn)的尺”,使其在材料加工、醫(yī)學(xué)、科研等領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí),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(shí)驗(yàn)環(huán)境,人們對(duì)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(fā)展的迫切需要,說到這里,也就不得不提到激光的調(diào)Q技術(shù)。
電光調(diào)Q技術(shù):
電光調(diào)Q技術(shù)的原理是普克爾斯(Pockels)效應(yīng)——即一級(jí)電光效應(yīng),電光晶體的雙折射效應(yīng)與外加電場(chǎng)強(qiáng)度成正比,偏振光經(jīng)過電光晶體后,偏振面旋轉(zhuǎn)的角度與晶體長(zhǎng)度和兩側(cè)所加電壓的乘積成正比。
目前普遍應(yīng)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(dāng)線偏振光入射到電場(chǎng)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(shí),兩束光線存在相位差。則合成的線偏振光的偏振面已經(jīng)和入射光的偏振面存在相位差,稱為旋光效應(yīng)。
其中的起偏器由格蘭-付克棱鏡構(gòu)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(duì)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(dāng)我們?cè)陔姽饩w兩側(cè)施加電壓時(shí),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(guān)的作用。
當(dāng)線偏振光經(jīng)過一次電光晶體后,其偏振面旋轉(zhuǎn)45°,經(jīng)反射鏡反射后再次經(jīng)過電光晶體,此時(shí)與入射光的偏振方向相差90°,即π/2。此時(shí)反射光被棱鏡全反射,而不進(jìn)入諧振腔。當(dāng)工作物質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí),改變晶體兩端電壓,使出射光偏振面不發(fā)生偏轉(zhuǎn),振蕩條件建立。
聲光調(diào)Q技術(shù):
聲光晶體在超聲場(chǎng)中對(duì)入射光產(chǎn)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(lì)下,工作物質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)不斷累積達(dá)到飽和。此時(shí)撤掉超聲場(chǎng),Q值降低,激光振蕩條件迅速建立。激光出射,產(chǎn)生巨脈沖。
飽和吸收體調(diào)Q:
在諧振腔內(nèi)插入可飽和吸收染料,染料吸收工作物質(zhì)發(fā)出的熒光。開始時(shí)染料對(duì)光子的吸收率很高,系統(tǒng)Q值很低,自激振蕩不能發(fā)生,工作物資的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)在泵浦激勵(lì)下不斷累積。當(dāng)染料吸收的光子累計(jì)到一定程度后,染料會(huì)突然變得透明,此時(shí)Q值急劇減小,從而實(shí)現(xiàn)激光振蕩。
調(diào)Q激光器已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在醫(yī)療,工業(yè)和科研領(lǐng)域,其他提高激光器峰值功率的方法還有鎖模技術(shù),啁啾放大技術(shù)……每次新技術(shù)的使用,都使得激光器的發(fā)展邁向新的臺(tái)階。激光技術(shù)的發(fā)展必將給各類技術(shù)、工藝的實(shí)現(xiàn)帶來新的方法和思路。