摘 要

电光Q开关通过布儒斯特窗起偏与检偏、KDP晶体电光效应控制偏振光的旋光度，实现光路的通、断和动态工作，改变激光谐振腔内的Q值，使激光器输出高峰值功率的窄脉冲激光。但是电光调Q装置会引入附加损耗，会对激光能量转换效率产生一定的影响。

本文通过分析电光调Q元件：布儒斯特窗和KD*P晶体来找出引入损耗的原因。并用Nd-YAG固体激光器电光调Q实验测量并分析激光调Q的效果及对应的损耗。发现电光Q开关光路通时能量透过率不为100%，光路断开时能量转透过率不为0。Q开关能够压缩激光脉冲并提高功率，但调Q效果未达到理想情况。

理论分析与实验结果都表明布儒斯特窗和KD*P晶体，其本身的材质，给定KD*P晶体泵浦电压的波动，布儒斯特窗与KD*P晶体的角度，轴线方向的偏差，是引入附加损耗的主要原因。

本文特色在于：从理论与实验角度分析了电光Q开关的效果及其在激光腔中引起的损耗，并给出提高调Q效果减少Q开关损耗的方法。

关键词：电光调Q；布儒斯特窗；KD*P；能量转换效率

Abstract

By means of the deviation and detection of Brewster’s window and the Electro-optic effect of KD*P crystal to control the optical rotation of the polarized light，electro-optically Q-switched can achieve working status of optical path and change the Q value of the laser resonator，outputting a pulse laser with high peak power and ultra-short duration. But the electro-optically Q device will introduce additional loss，which will have a certain effect on the laser energy .

In this paper，according the analysis of electro-optically Q components: KD*P crystal and Brewster’s window to find out the causes of the loss .And the Nd-YAG solid-state laser is used to make the electro-optically Q experiment，the energy conversion rate of electro-optically Q switch is not 100% when it is opened，and the energy conversion rate is not zero when it is broken. Q switch can compress the laser pulse and increase the power， but the effect of electro-optically Q has not reached the ideal situation.

Both theoretical analysis and experimental results show that the main cause of introducing additional loss are the materials of KD*P crystal and Brewster’s window，fluctuation of KD*P crystal’s pump voltage，angles of KD*P crystal and Brewster’s window，deviation of axis and so on.

The characteristics of the article：The effect of electro-optic Q switch and the loss caused by the laser cavity are analyzed from the angle of theory and experiment.，and at the end of the paper, the method of reducing the extra loss is given.

Key words：electro-optically Q-switched; Brewster’s window; KD*P crystal; the efficiency of energy conversion

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论

1.1 激光调Q背景

1.2 调Q的研究现状

1.3 论文的内容与意义

第2章 电光调Q技术

2.1 调Q前激光波形

2.2 Q值

2.3 KD*P电光Q开关

2.4 本章小结

第3章 KD*P电光Q开关效果分析

3.1起偏与检偏

3.1.1 光的偏振态

3.1.2 偏振片起偏与检偏

3.1.3 布儒斯特窗起偏与检偏

3.1.4 布儒斯特窗引起的损耗

3.2 KD*P晶体

3.2.1 电光效应

3.2.2 KD*P晶体旋光

3.2.3 本章小结

第4章 电光调Q实验

4.1 电光调Q实验装置

4.2 实验步骤

4.2.1 调节过程

4.2.2 调节Q开关

4.3 数据记录与计算

4.3.1 Q开关不同状态输出能量

4.3.2 调Q前后脉冲波形

4.4 结果与分析

4.4.1 泵浦电压与输出能量

4.4.2 泵浦电压与能量转换效率

4.4.3 不同泵浦电压与Q开关最佳延时

4.4.4 峰值与脉宽的变化

5 结果与结论

参考文献

致 谢

第1章 绪论

1.1 激光调Q背景

1960年5月，美国的物理学家梅曼，使用氙灯做激光器的泵浦源，用红宝石晶体做激光器的工作物质，制成了世界上第一台激光器^[1]。

一般固体激光器，如果没有特别的装置，每一次输出的激光脉冲，从波形上看，并不是平滑的，而是由一个个振幅不同的，没有固定规则的尖峰脉冲构成。这种尖峰脉冲的峰值一般不是很高，如果想使峰值功率变高，而来单纯的增加泵浦能量，却只会产生使尖峰数量增加，而功率变化不大的结果。这种现象导致了一般的固体激光器，如果没有其他改变，在激光雷达，全息照相等需求高峰值功率的激光脉冲的领域中，无法应用。为了得到高峰值功率，调Q技术随之发展起来。这项技术，能让脉冲脉宽变得极窄，从而让峰值功率提高数十倍甚至数百倍。

调Q技术，又被称之为Q开关技术。它主要通过某种装置或操作，来使腔的Q值（又称谐振腔的品质因数）按照人为设定的变化，最终从腔内来不断的发射一个个高峰值功率的激光脉冲。其大概工作原理如下：刚开始工作时，把激光腔内Q值设定为低的状态。因为Q值低，腔内的损耗很大，所以便不能形成激光振荡，而粒子一直不停地在泵浦源的作用下，被激发到高能态，于是腔内的反转粒子数便能聚集到高密度的状态；然后使腔的Q值瞬间变大，这会让腔内的损耗突然变小，腔内就能快速的形成强烈的振荡，在很短的时间内，原来高密度的高能级粒子数中的能量，都会转变光能量，从腔内发射出，从而来形成高峰值功率激光脉冲。

1.2 调Q的研究现状

20世纪60年代激光器刚刚问世的时候，为了得到高峰值功率的激光脉冲，就有人提出了调Q的理论。在第一台激光器出现2年后，峰值功率为千瓦级，脉冲宽度微秒量级的第一台调Q激光器随之出现，之后各种调Q激光器也随着调Q技术的进步而不断更新。到了80年代时，就已经有了纳秒量级的调Q激光器。在现代，以目前的技术，以调Q技术来形成100兆瓦的脉冲已经成为可能；除此之外，脉冲宽度也实现了从微秒级到纳秒级的进步；如果加一个放大装置，还可以获得吉瓦级或太瓦级等更高功率的峰值脉冲，可应用于核聚变反应中