声光Q开关(AOQS)原理简述

声光Q开关是利用声光相互作用以控制光腔损耗的Q开关技术。声光调Q是通过电声转换形成超声波使调制介质折射率发生周期性变化, 对入射光起衍射作用, 使之发生衍射损耗,Q 值下降, 激光振荡不能形成。在光泵激励下其上能级反转粒子数不断积累并达到饱和值, 这时突然撤除超声场, 衍射效应立即消失, 腔内Q 值猛增, 激光振荡迅速恢复, 其能量以巨脉冲形式输出。这是一种广泛使用的Q开关方式，其主要优点是重复频率高，性能稳定可靠。

典型的声光Q开关主要由三部分组成：电声转换器、声光介质和吸声材料。电声换能器与声光介质如熔石英、钼酸铅（PbMO4）晶体等构成声光器件。电声换能器加电后，将超声波馈入声光材料，声波是疏密波，声光材料的折射率发生周期变化，对相对声波方向以某一角度传播的光波来说，相当于一个相位光栅。于是，在超声场中光波发生衍射，改变传播方向。这就是所谓的声光行射效应。声光调Q的原理简述如下：当声光介质中有高频（40MC）超声行波传播时，由于布拉格衍射，入射光Ii的一部分偏离到布拉格角Id的方向。偏角θB由布拉格公式决定：2λsSinθB=λ0/n=λ。代入以下的数据：声速VS＝5.97KmS；声频fs=40MC; 折射率n＝1.46；真空波长λ0＝1.06um.求得θB＝0.1390衍射效率Id（L）/Ii(0)＝Sin2（ηL）=sin2()式中，P为超声功率，M为声光品质因素，M=n6p2/ρVS3. n,p,ρ分别表示材料的折射率，光弹性系数和密度。L/h为换能器长宽比，λ0为真空波长。如果衍射光Id 占的百分比足够大，则可能使光腔的总损耗大于小讯号增益，此时，振荡停止，激活介质（YAG棒）借助光泵浦积累粒子数的反转。在某一个时刻，如果去掉超声行波，则由于激活介质有很高的储能，所以，产生强的振荡脉冲――即声光调Q脉冲。如果用一定频率的脉冲调制器调制射频发生器，使声光介质中有相同重复频率的射频超声场时，就能获得重复频率工作的声光Q开关，激光器将以重复频率状态输出激光巨脉冲。

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