固體脈沖激光器在毫秒量級光泵激勵下,激光輸出為“弛豫振蕩”,由一系列寬度為微妙量級、強度不等的小尖峰脈沖組成,他們都在閾值附近產生,一次峰值功率不高,為幾十千瓦量級。增大泵浦能量,只能增加小尖峰脈沖的數目,不能有效地提高峰值功率,這種激光束存在許多世紀應用中不能滿足要求。調Q技術就是為了抑制上述弛豫振蕩,使全部及格能量壓縮在一個窄脈沖時間里釋放出來而發(fā)展起來的。
調Q技術也稱為Q開光技術,是通過某種方法使諧振腔的Q值按要求的程序變化。在激光器開始工作時,先使腔處于高損耗、低Q值狀態(tài),激光不能振蕩,但粒子不斷地被泵浦到亞穩(wěn)態(tài),當亞穩(wěn)態(tài)上粒子數足夠高時,使腔的Q值突然增大,如同一個高速開關,腔內迅速建立起很強的振蕩,在極短的時間內輸出一個很強的窄脈沖。
激光切割機種常用的調Q技術有電光調Q和聲光調Q。
1、電光調Q式一種利用晶體的電光效應來實現Q突變的方法,即利用電光晶體在外電場作用下,使入射光的偏振方向發(fā)生變化的效應,而人為地加入可控的等效反射損耗的方法。工作介質在氙燈激勵下產生的無規(guī)偏振光通過起偏器后成為線偏振光,當在電光晶體上加有適當的電壓時,晶體的折射率發(fā)生變化,使在晶體中傳播的尋常光和非尋常光產生了一定的相位延遲,線偏振光通過晶體后的振動方向旋轉90°,因而不能通過偏振軸與起偏器偏振軸平行的檢偏器。這時電光開關處于關閉狀態(tài),故Q值很低,不能形成激光振蕩。光泵不斷激勵,工作物質上能級粒子數不斷積累到最大值。此時瞬間將電光晶體上的電壓推掉,則線偏振光的振動方向不旋轉而迅速通過檢偏器,相當于電光開關迅速打開,腔內Q值猛增,激光雪崩式地產生巨脈沖。實際裝置中常省去檢偏器和旋轉等作用。
2、聲關調Q式在連續(xù)Nd:YAG激光器中插入一個聲光調Q器件,器件由聲光介質、換能器、驅動源等組成。驅動源產生的幾十兆赫的射頻電壓加在換能器上,換能器將電能轉換成機械能,進行機械振動產生超聲波,在超聲介質中形成超聲光柵。激光通過超聲光柵時,產生衍射,使光束偏離出諧振腔,造成腔內損耗增大,Q值很低,不能形成激光振蕩。光泵不斷激勵,工作物質上能級粒子數不斷積累到最大值,當驅動源輸出的調制信號將聲光介質中的超聲場撤掉時,則衍射效應消失,腔損耗減小,Q值猛增,激光振蕩迅速恢復,能量以巨脈沖形式輸出,調制信號以0—20kHz的重復頻率工作,則可以得到重復頻率為0—20kHz、脈寬為100ns量級的高重復頻率的巨脈沖。由于聲光Q開關所需要的調制電壓很低,一般在200V以下,容易實現對連續(xù)激光器進行穩(wěn)定的調Q。
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