实验八 电光调Q 技术
一、实验目的
2.掌握调Q 激光器输出能量、脉冲宽度等主要指标的测量方法； 3.了解影响电光调Q 效果的因素，并掌握调试技术。
二、实验原理
一般不加调Q 技术的固体激光器输出的激光脉冲是由一系列强度不等尖峰脉冲序列组成的。这种输出特性称为激光的弛豫振荡，脉冲的峰值功率约为几十千瓦量级，总的脉冲宽度为毫秒量级。为了提高固体激光器输出激光脉冲的峰值功率，需要采用调Q 技术。采用此技术脉冲输出峰值功率可达几十兆瓦以上。目前电光调Q 技术是较常用的调Q 技术。
P 晶体在Z 轴方向的电场作用下三个感应主折射率为：
E n n n x 633002
1'γ-= E n n n y 6330021'γ+= e z n n =
式中n 0为O 光折射率，n e 为E 光折射率，γ63为光电系数，E 为z 方向电场强度，沿z 方向入射的线偏光进入长度为e 晶体后，沿新主轴x ′、y ′方向分解相互垂直的偏振分量，并产生相位差：
Z
X y x V n l E n l n n 63306330''22)(2γλπγλπλπϕ∆=⋅=⋅-= 式中V Z 是沿z 方向加在晶体上的电压，当通过晶体的光波波长确定后，相位差 Δϕ只取决于外加电压V Z 。当位相差为π弧度时所需要的电压称为“半波电压”，用V λ/2表示；当相位差为π/2弧度时所需要的电压称为“四分之一波电压”用 V λ/4表示，即：
63
304/4γλλn V = 对于KD *P 晶体：n 0=1.51 r 63=23.6×10-12m/V
T 1 小孔光栏 He-Ne
T 2 图8-1 电光Q 开关红宝石激光器示图
光电调Q 红宝石激光器如图8—1所示，由反射镜M 1和M 2构成激光谐振腔，其中M 2为部分反射镜；R 为60°生长红宝石激光晶体（即晶轴与光轴成60°角）；KD *P 为磷酸二氘钾电光晶体，由于KD *P 晶体易潮解，因此密封在晶体盒内。盒的两端用布儒特斯窗密封，其作用是减少反射损耗，提高激光的线偏振度。
He-Ne 激光器和小孔光栏用于调整光路，T 1、T 2为转向反射镜。
红宝石激光工作物质在脉冲氙灯照射（泵浦）下产生荧光，沿谐振腔轴方向传播的荧光在红宝石激光工作物质中不断得到放大，形成偏振方向与晶轴平面垂直的线偏振光（因为红宝石激光工作介质对不同偏振方向的光有不同的放大率，通常O 光放大率与E 光放大率之比为10：1。）线偏振光到达加有四分之一波电压的电光晶体时，被分解成沿x ′折射率主轴方向振动的光和沿y ′折射率主轴方向振动的光。通过晶体后产生π/2的位相延迟，此光通过全反射镜的反射后再次通过电光晶体后产生π位相延迟，合成为偏振方向与入射时垂直的线偏振光。该线偏振光通过激光工作物质时获得的放大率很小，
不能形成激光振荡，这时激光腔的Q 值很低。红宝石激光工作物质在脉冲氙灯继续泵浦下，在上激光能级不断积累粒子数，形成集居数反转，当集居数反转达到最大值（或称达到饱和反转粒子数）时，将光电晶体上的四分之一波电压突然去掉，电光效应消失，这时通过晶体的线偏振光的偏振方向不变，能在激光腔内形成自由振荡，在极短时间内将存储在上激光能态中的反转粒子数消耗掉，形成峰值功率很高、脉冲宽度很窄的激光巨脉冲。
三、实验装置
电光调Q 红宝石激光器 一台生存与尊严
红宝石棒 φ9.5×150mm 脉冲氙灯 φ7×150mm
TDS210示波器 一台
频率∶60MH 2 存贮∶1GS/S
留住今天的太阳
大学二手书交易平台光电接受装置两套
适于测量仿真线波形、非调Q激光脉冲和调Q微光脉冲宽度波形。
145A型激光能量计一台
测量范围：0~20J 分3档
周蕾适用波长：694.3nm
四、实验步骤
1.电光晶体KD*P在未加电压时，调整好激光器并能正常出光，连接光电接收装置，接收散射出来的激光和氙灯的光。通过示波器观察脉冲氙灯放电波形和弛豫振荡激光的波形，并记录激光尖峰振荡的包络线，确定脉冲宽度等，同时用能量计接收输出能量。
2.Q开关晶体加电压，仔细调整晶体的方位（晶体在谐振腔中应使光的偏振方向与晶体的x轴与y轴一致）。
3.调整Q开关方位的同时并寻Vλ/4。
（1）晶体方位固定，改变晶体上的电压，并使激光器运转出光（此时按下“消光”按钮使晶体上的电压不退），用黑相纸或能量计接收激光，出使激光器输出最小所对应的电压。
（2）固定上述电压，调整晶体方位，使x轴或y轴与入射偏振光方向一致，反复调整，直到激光器输出最小为止。
（3）重复（1）、（2），直到激光器没有激光输出为止。
（4）将“消光”按钮抬起，恢复调Q电路的功能，观察激光器的输出能量。
4.确定延迟时间，使激光器调Q工作，每次改变退压时间，用示波器和能量计观测输出波形和能量，出最佳延迟时间。
5.测量静态和动态的激光能量，然后计算出动静比。
五、实验报告净然法师
1.记录实验和测试条件。
2.与计算出的Vλ/4进行比较，分析二者是否不同，为什么？
3.画出并简述电光调Q激光器的时序关系。
六、思考题
1.为什么电光晶体的x轴或y轴与入射偏振光振动方向必须一致？如果调整有误差，对激光器工作有什么影响？
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2.从原理上分析，延迟时间太早或太晚，对调Q激光器的输出特性会有什么影响？
3.若在一次泵浦中，使调Q激光器输出多个脉冲（序列脉冲），采用什么方法实现？
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