聲光調Q技術簡介

 調Q技術就是通過某種方法使腔的Q值隨時間按一定程序變化的技術。在泵浦開始時使腔處在低Q值狀態，即提高振蕩閾值，使振蕩不能生成，上能級的反轉粒子數就可以大量積累，當積累到最大值（飽和值）時，突然使腔的損耗減小，Q值突增，激光振蕩迅速建立起來，在極短的時間內上能級的反轉粒子數被消耗，轉變為腔內的光能量，在腔的輸出端以單一脈沖形式將能量釋放出來，于是就獲得峰值功率很高的巨脈沖激光輸出。

聲光調制的物理基礎是聲光效應，聲光效應是指光波在介質中傳播時，被超生波場衍射或散射的現象。介質的折射率周期變化形成折射率光柵時，光波在介質中傳播就會發生衍射現象，衍射光的強度、頻率和方向等將隨著超生場的變化而變化。聲光調制器是由聲光介質，電－聲換能器，吸聲（或反射）裝置及驅動電源等組成。

聲光 Q 開關原理

聲光 Q 開關是利用聲光相互作用以控制光腔損耗的Q 開關技術。聲光調Q 是通過電聲轉換形成超聲波使調制介質折射率發生周期性變化, 對入射光起衍射作用, 使之發生衍射損耗,Q 值下降, 激光振蕩不能形成。在光泵激勵下其上能級反轉粒子數不斷積累并達到飽和值, 這時突然撤除超聲場, 衍射效應立即消失, 腔內Q 值猛增, 激光振蕩迅速恢復, 其能量以巨脈沖形式輸出。這是一種廣泛使用的Q 開關方式，其主要優點是重復頻率高，性能穩定可靠。

 典型的聲光 Q 開關主要由三部分組成：電聲轉換器、聲光介質和吸聲材料。電聲換能器與聲光介質如熔石英、鉬酸鉛（PbMO4）晶體等構成聲光器件。電聲換能器加電后，將超聲波饋入聲光材料，聲波是疏密波，聲光材料的折射率發生周期變化，對相對聲波方向以某一角度傳播的光波來說，相當于一個相位光柵。于是，在超聲場中光波發生衍射，改變傳播方向。這就是所謂的聲光行射效應。聲光調Q 的原理簡述如下：當聲光介質中有高頻（40MC）超聲行波傳播時，由于布拉格衍射，入射光Ii 的一部分偏離到布拉格角Id 的方向。偏角θB 由布拉格公式決定：2λsSinθB=λ0/n=λ。代入以下的數據：聲速VS＝5.97KmS；聲頻fs=40MC; 折射率n＝1.46；真空波長λ0＝1.06um.求得θB＝0.1390

衍射效率

式中，P 為超聲功率，M為聲光品質因素，M=n6p2/ρVS3. n,p,ρ分別表示材料的折射率，光彈性系數和密度。L/h 為換能器長寬比，λ0 為真空波長。如果衍射光Id 占的百分比足夠大，則可能使光腔的總損耗大于小訊號增益，此時，振蕩停止，激活介質（YAG 棒）借助光泵浦積累粒子數的反轉。在某一個時刻，如果去掉超聲行波，則由于激活介質有很高的儲能，所以，產生強的振蕩脈沖――即聲光調Q 脈沖。如果用一定頻率的脈沖調制器調制射頻發生器，使聲光介質中有相同重復頻率的射頻超聲場時，就能獲得重復頻率工作的聲光Q 開關，激光器將以重復頻率狀態輸出激光巨脈沖。