調(diào)Q技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展是激光發(fā)展歷史上的一個(gè)重要突破。它是將連續(xù)或者脈沖激光能量壓縮到時(shí)間寬度極窄的脈沖中發(fā)射，從而使得光源的峰值功率提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的一種技術(shù)。
Q調(diào)制技術(shù)的基本原理
通過(guò)某種方法使諧振腔損耗δ按規(guī)定程序變化，在泵浦激勵(lì)剛開始的時(shí)候，先使光腔有高損耗δH，激光器由于閾值太高，不能產(chǎn)生激光震蕩，使得上能級(jí)粒子數(shù)可以大量積累，當(dāng)積累到飽和值時(shí)，突然使腔損耗突然降低到δ，閾值也突然降低，這時(shí)反轉(zhuǎn)集居數(shù)大大的超過(guò)閾值，受激輻射迅速的增強(qiáng)。于是在短時(shí)間內(nèi)大部分上能級(jí)粒子儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榧す饽芰?，在輸出端產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的激光巨脈沖輸出。
采用調(diào)Q技術(shù)很容易得到峰值功率高于兆瓦，脈沖寬度為幾十納秒的激光脈沖。常用的調(diào)Q方式有：主動(dòng)調(diào)Q，即諧振腔的損耗是由外部驅(qū)動(dòng)控制的，如電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q和轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q等；還有一種是被動(dòng)調(diào)Q，即諧振腔損耗取決于諧振腔內(nèi)的激光光強(qiáng)，如飽和吸收調(diào)Q等。
連續(xù)LD泵浦調(diào)Q固體激光器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
未經(jīng)調(diào)Q技術(shù)處理過(guò)的脈沖固體激光器，其輸出激光的脈沖寬度為幾百微秒到毫秒量級(jí)，峰值功率也只有幾十千瓦量級(jí)，這顯然滿足不了各個(gè)領(lǐng)域?qū)す鈶?yīng)用的要求，正是這種要求推動(dòng)人們采用并發(fā)展了激光調(diào)Q技術(shù)，人們利用調(diào)Q技術(shù)使固體激光器產(chǎn)生了脈寬為納秒，皮秒量級(jí)峰值功率為吉瓦量級(jí)的巨脈沖。在以激光通信，激光測(cè)距為代表的空間領(lǐng)域以及激光打標(biāo)，激光拋光，激光焊接為代表的激光微加工領(lǐng)域的應(yīng)用中，不僅要求調(diào)Q固體激光器有窄脈寬，高峰值功率的脈沖輸出，還要求調(diào)Q固體激光器有高重復(fù)頻率，這就推動(dòng)了連續(xù)固體激光器的發(fā)展。
自19世紀(jì)八十年代以來(lái)，隨著高效率，高功率的連續(xù)LD及其列陣的發(fā)展，連續(xù)LD泵浦的固體激光器開始蓬勃發(fā)展起來(lái)，并且?guī)?dòng)了連續(xù)LD泵浦調(diào)Q固體激光器的快速發(fā)展。采用不同的調(diào)Q原理,人們開發(fā)出了多種連續(xù)LD泵浦調(diào)Q固體激光器：連續(xù)LD泵浦聲光調(diào)Q固體激光器，連續(xù)LD泵浦電光調(diào)Q固體激光器和連續(xù)LD泵浦被動(dòng)調(diào)Q固體激光器等。其中，連續(xù)LD泵浦聲光調(diào)Q固體激光器無(wú)論在重復(fù)頻率方面，還是在輸出功率方面的發(fā)展都是領(lǐng)先的。2002年，LambdaPhysik生產(chǎn)的調(diào)Q激光器波長(zhǎng)為1064nm，重復(fù)頻率10kHZ，平均功率小于27W，單脈沖能量小于2.7mJ,脈沖寬度近似為153ns,峰值功率180kW，光束寬度為0.5mm，空間模式為TE模,2003年，以色列人R.Feldman等利用：YAG晶體對(duì)連續(xù)Nd：YAG激光器進(jìn)行被動(dòng)調(diào)Q實(shí)驗(yàn)，用光線耦合二極管激光器泵浦，獲得了平均功率超過(guò)2W，重復(fù)頻率2.7至37kHZ，脈沖寬度約為5.6ns的脈沖激光。2004年，郭麗，姚建栓等采用80個(gè)20W的LD呈五角型陣列泵浦Nd：YAG棒單聲光調(diào)Q裝置，并采用了KTP晶體腔內(nèi)倍頻技術(shù)，在泵浦電流為17.5A，聲光調(diào)制頻率為20.4kHZ時(shí)，獲得了平均輸出功率97W，脈沖寬度為150ns的準(zhǔn)連續(xù)綠光，2004年，宋標(biāo)等采用連續(xù)LD端面泵浦，Nd:YV晶體，在輸入電流為25A，電光開關(guān)重復(fù)頻率為1kHZ時(shí)，獲得了1064nm激光的平均輸出功率為160mW，脈寬20ns。同年，石鵬等采用部分端面泵浦混合腔Nd:YV激光器，BBO電光Q開關(guān)，在重復(fù)頻率為5kHZ時(shí)，獲得了單脈沖能量為7.2mJ，脈寬5.7ns，平均功率約為36W的脈沖激光。2006年，李港等將玻片引入到諧振腔中，利用熔石英在垂直和平行聲場(chǎng)兩個(gè)方向的聲光優(yōu)值于光的偏振太有關(guān)的特性，有效地提高了聲光Q開關(guān)的衍射效率，提高了聲光Q開關(guān)關(guān)斷連續(xù)Nd:YAG激光的能力。由于電光調(diào)Q所需電壓過(guò)大，外加電壓兩路的設(shè)計(jì)比較困難，所以對(duì)于連續(xù)LD泵浦的固體激光器不容易實(shí)現(xiàn)高重頻。2006年，薄勇等采用LD泵浦Nd:YAG晶體，雙棒串聯(lián)結(jié)構(gòu)，利用雙聲光Q開關(guān)正交放置，在泵浦頻率1116W時(shí)，獲得了平均功率達(dá)256W,重復(fù)頻率為10kHZ，脈寬64ns，峰值功率為0.4GW的脈沖激光。2007年，F(xiàn).He等報(bào)道了連續(xù)LD泵浦聲光調(diào)QNd：YV激光器，重讀頻率達(dá)到500kHZ，在泵浦功率為38W時(shí)，得到了平均輸出功率17.7W的脈沖激光，2007年，李旭東等采用LD雙端泵浦Nd：GdV晶體，聲光調(diào)Q技術(shù)，在泵浦功率達(dá)43W時(shí)，獲得了重復(fù)頻率100kHZ，峰值功率3.6kW，脈寬28.1ns的脈沖激光。為了提高連續(xù)LD泵浦固體激光器中聲光Q開關(guān)的關(guān)斷能力，人們分別采用了雙聲光Q開關(guān)法和腔內(nèi)加玻片法。
