第1章概述1.1調Q光器的特點固體激光器的應用主要集中在科研與開發、加工、醫療和軍用等四個方面。在科研與開發方面，涉及面很廣，包括作核聚變研究用的高峰值功率激光器系統、作光譜研究和新材料開發用的超短脈沖激光器和可調諧激光器、作脈沖全息攝影用的紅寶石激光器、作高速攝影用的超短脈沖激光器、測量人造地球衛星軌跡和月球表面用的高精度激光測距儀、遙感用的激光雷達等等。一般固體脈沖激光器由于存在馳豫振蕩現象，輸出激光為一無規尖峰脈沖序列，其總的脈沖寬度持續幾百微秒甚至幾毫秒，峰值功率也只有幾十千瓦的水平，遠不能滿足以上應用要求，正是在這些要求的推動下，人們研究和發展了調Q技術。1.2調Q激光器的發展前景1961年底，鄧錫銘幾乎與國外同時，獨立提出了高功率激光Q開關原理。他非常形象地解釋：把Q開關比喻為一個稍有漏水（自發輻射躍遷）的抽水馬桶，當水箱被灌（光泵注入能量）滿之后水箱底部的蓋快速揭開（Q值突變），水（激光能量）就一涌而出（激光峰值功率輸出）。采用調Q技術很容易獲得峰值功率高于兆瓦、脈寬為數十個納秒的激光巨脈沖。調Q技術的出現是激光發展史上的一個重大突破。它不僅大大推動了一些應用技術的發展且成為科學研究的有力工具。電光Q開關CO2激光器具有高脈沖重復頻率、可編程輸出、及輸出穩定等優點，目前已應用在激光雷達、激光光譜分析、遠紅外激光泵浦源等諸多方面。電光調QCO2激光器的發展經歷了從直流放電激勵到射頻放電激勵及脈沖放電激勵的發展過程，技術上已經逐漸趨于成熟。第2章設計原理介紹2.1主要概念電光偏轉：利用泡克耳斯效應，通過施加在電光晶體上的電場來改變晶體的折射率。偏轉角0：假設置于空氣中的棱鏡巨0,激光入射角為平，則由折射定律sin（0+甲）=日sin甲可以得到0=arcsin（^0sin甲）一平在電光晶體上施加電場后，晶體折射率的改變量為日△。由于泡克耳斯效應引起的折射率變化^A極小（10-4量級），所以出射光偏轉角的相應改變量為A0={arcsin［（日+A_）sin甲］一平}一［arcsin（四sin甲）一平］^A.甲因此出射光偏轉角的改變量與折射率變化成線性關系，從而可以利用外加電壓控制光線的前進方向。2.2主要設計思想當激光上能級積累的反轉粒子數不多時，人為地控制激光器閾值，使其很高，抑制激光振蕩的產生。在這種情況下，由于光束的激勵，激光上能級將不斷地積累粒子數。當反轉粒子數達到最大數量時，突然降低激光器的閾值。此時亞穩態上的粒子的能量很快轉換為光子能力，光子像雪崩一樣以極高的速率增長，輸出峰值功率高、寬度窄的激光巨脈沖。電光調Q開關通常也稱為普克爾盒開關，它的基本原理是利用某些單軸晶體的線性電光效應，使通過晶體的光束的偏振狀態發生改變，從而達到接通或切斷腔內振蕩光路的開關作用。線性電光開關基本上又可分為兩類：一類是利用KD*P（磷酸二氘鉀）型晶體的縱向線性電光效應，即光束方向及外加電場方向均與晶體光軸同向；另一類是利用LiNbO3（鈮酸鋰）型晶體的橫向線性電光效應，即光束與晶體光軸同向，而外加電場方向與光軸及光束方向相垂直。一般多使用帶起偏器的入/4電光開關，這種開關又分為退壓和加壓兩種工作方式。退壓式電光開關，電光晶體施加入/4調制電壓，由棒透過起偏器的P線偏振光兩次通過電光晶體后，偏振面正好偏轉90°變成S光，被偏振片反射到腔外，激光器處于高損耗關門狀態，當突然去掉晶體上的調制電壓后，開關迅速打開，振蕩光路接通，從而產生強的短脈沖激光振蕩輸出。第3章總體及局部設計內容3.1電光偏轉實際的電光晶體偏轉器是由兩個晶體棱鏡（如KDP棱鏡）所組成。棱鏡各邊分別沿x’、y’和z’軸，該二晶體的光軸（z軸）反向。外加電場沿圖示z軸方向，光的傳播方向沿y’軸的方向，它的偏振沿x’軸施加電壓后，上、下層棱鏡中傳播時光的折射率為p=p+^3YEp=p~^0YEA0263zB0263z△p=p-p=p3丫E總光束偏轉角B063zA0=A0+A0=Ap^-Ap^=p3YE甲上下上下063z顯示平面上可分辨的光斑數目：A0p37E甲m0（土的2）一個電光偏轉器所能獲得°的偏轉角很小,很難滿足實際應用的要求。為增加偏轉角，而外加電壓又不太高，常將若干個KDP棱鏡串接圖3.1.2的結構。圖3.1.2棱鏡串接圖3.2總體裝置圖電光調Q裝置如圖3.2.1,激光腔中插入起偏振片及作為Q開關的KD*P晶體。原理:晶體在z軸方向加電壓后，產生感應雙折射，進入晶體的x方向振動的線偏振光分解為X’和y’振動的二線偏振光。加有半波電壓時，損耗非常大,Q值很低;去掉半波電壓時，損耗小,Q值很大.圖3.2.1總體裝置圖第四章總結通過本次課程設計，我