倍頻激光原理.doc

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1、倍頻激光器的原理激光激光是受激輻射光的簡(jiǎn)稱，其原理是：當(dāng)原子系統(tǒng)受到外來光子作用下，且外來光子能量剛好是原子系統(tǒng)某兩個(gè)高低能級(jí)的能量差，即hv21=E2-E1時(shí)，則處于高能級(jí)E2的粒子可能會(huì)在這個(gè)光子的誘發(fā)下，而躍遷到低能級(jí)E1并發(fā)射一個(gè)與原外來光一模一樣的光子，這種過程稱之為光的受激輻射。受激輻射產(chǎn)生的光就叫做激光。激光器要使受激輻射起主要作用而產(chǎn)生激光，必須滿足三個(gè)前提條件：1.有提供放大作用的增益介質(zhì)作為激光工作物質(zhì)，（YAG激光器采用摻釹離子的釔鋁石榴石制成的晶體棒）。2.有外界激勵(lì)能源，使介質(zhì)上下能級(jí)產(chǎn)生

2、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。（YAG激光器，采用氪燈或氙燈或半導(dǎo)體激光二極管泵浦，即用光轟擊YAG晶體使其中的Nd3+產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，聚光腔起輔助作用，目的是使燈發(fā)出的光盡可能多的反射或散射到Y(jié)AG晶體上）。3.有激光諧振腔，使受激輻射光在諧振腔中產(chǎn)生震蕩，（最簡(jiǎn)單常見的是由一塊半反鏡，一塊全反鏡構(gòu)成，激光由半反鏡輸出）。諧振腔相當(dāng)于激光器的正反饋，沒有諧振腔即是一個(gè)光放大器，引進(jìn)諧振腔而使放大光產(chǎn)生振蕩形成激光振蕩器，成為激光器。因此，一個(gè)完整的激光器應(yīng)包括：工作物質(zhì)、外界激勵(lì)能源、諧振腔。YAG激光器YAG激光器是固體

3、激光器的一種，它的工作物質(zhì)是摻釹釔鋁石榴石晶體（YAG），即簡(jiǎn)稱YAG激光器。泵浦源泵浦源是為工作物質(zhì)提供能量，使工作物質(zhì)內(nèi)原子產(chǎn)生受激輻射從而產(chǎn)生激光。YAG激光器的泵浦源一般采用橢圓柱腔，氪燈和激光棒分別置于橢圓柱腔的兩個(gè)焦點(diǎn)軸上，因橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)（如氪燈）發(fā)出的光經(jīng)一次反射或直射可達(dá)另一個(gè)焦點(diǎn)上（激光棒），所以，這種結(jié)構(gòu)可以將氪燈發(fā)出的光盡可能多的匯聚在激光棒上。不同的激光有不同的泵浦源。倍頻綠激光YAG激光器產(chǎn)生的激光的波長(zhǎng)為1064nm，其波長(zhǎng)比紅色光的波長(zhǎng)還要長(zhǎng)，位于可見光范圍外，屬于紅外線區(qū)域，因此，

4、這種光可以稱之為紅外激光。如果我們通過特定的方法，將1064nm的紅外激光的波長(zhǎng)縮短為原來的一半（也就是頻率增大為原來的一倍），那么，將產(chǎn)生一種波長(zhǎng)為532nm的激光，它的波長(zhǎng)正好處于可見光的綠光部分，因此，這種光我們稱之為“綠激光”，而將YAG激光的頻率增大一倍的技術(shù)，我們稱之為“倍頻”。紫外激光將調(diào)Q后的1064nm激光首先部分倍頻為532nm的綠光，532nm綠光與剩余的1064nm紅外光再次聚焦后進(jìn)入三倍頻晶體中，即可實(shí)現(xiàn)355nm波長(zhǎng)的激光輸出，而355nm正好處于紫外區(qū)域，因此我們把這種激光成為紫外激光

5、。CO2激光二氧化碳激光器是一種氣體激光器，它的工作物質(zhì)是二氧化碳，其產(chǎn)生的原理和固體激光器類似，只是具體形式的不同。二氧化碳激光的波長(zhǎng)是10.6um。1．有關(guān)聲光的一些知識(shí)：聲光效應(yīng)：聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)引起介質(zhì)密度（折射率）周期性的變化，可將此聲波視為一種條紋光柵，當(dāng)光波入射于聲光柵時(shí)，即發(fā)生光的衍射。所以利用這種效應(yīng)來控制激光的鎖放光及強(qiáng)弱。???　聲光器件是基于聲光效應(yīng)的原理來工作的，它由聲光介質(zhì)（石英或鉬酸鉛等晶體）和換能器（超聲波發(fā)生器）兩部分組成。其中換能器是利用壓電晶體使電壓信號(hào)變?yōu)槌暡ǎ⑾蚵?/p>

6、光介質(zhì)中發(fā)射的一種能量變換器。聲光器件分為聲光調(diào)制器和聲光偏轉(zhuǎn)器兩類。我們采用的聲光器件為聲光調(diào)制器，一般稱之為聲光Q頭。當(dāng)Q驅(qū)輸出一定載波頻率驅(qū)動(dòng)Q頭時(shí),換能器即產(chǎn)生同一頻率的超聲波并傳入在石英晶體,使石英晶體的密度產(chǎn)生周期性的變化，光束通過石英時(shí)即發(fā)生相互作用而改變光的傳播方向即產(chǎn)生衍射。2.Q驅(qū)動(dòng)的一些知識(shí)：Q驅(qū)功能有兩個(gè)（1）提高激光峰值輸出功率。（2）控制激光器的鎖光。工作過程是根據(jù)DAT給的信號(hào)，輸出特定的射頻信號(hào)去驅(qū)動(dòng)Q頭鎖放光。其功率為25W－50W。方框圖如下：對(duì)于Q系統(tǒng)而言，其主要技術(shù)指標(biāo)是相對(duì)

7、于Q驅(qū)及Q頭的關(guān)聯(lián)所提出來的，有三個(gè)：(1）Q驅(qū)的輸出功率P(FSW)50W≥P(FSW)≥25W它反映的是Q驅(qū)輸輸出到Q頭的信號(hào)的功率。(2）駐波比SWRSWR=（1+√P(REF)／P(FSW)）／（1－√P(REF)／P(FSW)）≤1.5它反映的是Q驅(qū)與Q頭的匹配情況，正如光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生反射一樣，高頻信號(hào)F（Q）由特性阻抗為Z1的介質(zhì)進(jìn)入特性阻抗為Z2的介質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生反射。SWR就是描述這反射的大小的。反射大，SWR大，反射小，SWR小，理想無反射時(shí)，SWR=1。3）反射功率P(REF)P(

8、REF)≤2W它反映的是P(FSW)經(jīng)Q頭反射回來的功率。