调Q激光器原理

调Q,是实现激光“脉冲输出”的重要手段。


任何一个储能系统,在正常情况下能量都会慢慢泄露。Q值,描述的是系统(如谐振子、谐振腔等)在特定频率处持有能量的能力。如果系统能量是E,其泄露功率是P,则显然E/P越大,其持有能量的能力就越高。因为E/P具有时间的量纲,故通常定义Q值为无量纲量Q=2\pi\nu E/P,这里的\nu是所关心的“特定频率”,E和P也是针对该频率的值。


所谓“调Q”,就是调节系统(在指定频率处)的能量持有能力,从而在我们需要的时刻一次性释放系统储能,获得高峰值功率的脉冲输出。


在光学谐振腔中,Q值是针对激光频率定义的(而不是泵浦)。光腔持有激光能量的能力依赖于损耗(如光路损耗、输出镜透射率),所以调Q的一种方案就是“调节激光损耗”。我们首先将激光损耗设置于高水平(低Q值,难以持有激光能量),这样在泵浦激励下,能量只能以粒子数反转的形式存在,并不断积累;随后我们突然降低光腔的激光损耗(高Q值,激光持有能力强),此时在噪声光子推动下,激光将在短时间内急剧增长,并迅速耗尽反转粒子积累的能量,从而形成一个巨脉冲输出。

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