聲光 Q 開關(guān)——用于激光器調(diào)Q的聲光調(diào)制器

聲光調(diào)制器(AOM) 可以針對Q 開關(guān) 激光器的特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。這種聲光Q開關(guān)放置在激光諧振腔內(nèi)。當(dāng)激光器被泵浦時(shí)，AOM 的 RF 輸入被打開，因?yàn)樵谥C振腔中循環(huán)的光的衍射損耗很高（因?yàn)檠苌涔馐x開諧振腔），并且激光被抑制。當(dāng)射頻輸入突然關(guān)閉時(shí)，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光脈沖。

大多數(shù)調(diào)Q固態(tài)激光器都包含一個聲光調(diào)Q開關(guān)；只有少數(shù)激光器內(nèi)置電光Q 開關(guān)，需要最高的開關(guān)速度和/或非常高的損耗調(diào)制。

緊湊型聲光Q開關(guān)

聲光Q開關(guān)要求

關(guān)于聲光調(diào)制器的文章中討論了 AOM 的一般要求。特別是對于激光器的Q開關(guān)，以下方面與適當(dāng)?shù)男阅芟嚓P(guān)：

• 零級（非衍射）光束的插入損耗應(yīng)該非常低，以避免功率損耗和熱效應(yīng)。因此，應(yīng)使用損耗吸收聲光介質(zhì)（通常是熔融石英）并制備具有高表面質(zhì)量的介質(zhì)。為了抑制光學(xué)表面的反射，經(jīng)常使用抗反射涂層。也有Q開關(guān)，其中有源元件以布魯斯特角操作；強(qiáng)制激光束的線性偏振。在某些情況下（例如對于會發(fā)生強(qiáng)去極化損耗的激光器），Q 開關(guān)應(yīng)該與偏振無關(guān)。

• 輸入和輸出極化通常應(yīng)該相同。（Q 開關(guān)通?；诟飨蛲匝苌?，即使在使用非各向同性聲光介質(zhì)時(shí)也是如此。）
     調(diào)制器的損壞閾值必須足夠高以承受強(qiáng)激光脈沖。

• “開啟”狀態(tài)下的衍射損耗必須足夠高以安全地抑制激光發(fā)射。所需的損失取決于增益激光增益介質(zhì)。

• 開關(guān)速度必須足夠高以獲得干凈的脈沖積累。該要求主要取決于激光諧振腔的往返時(shí)間（因此取決于其長度）和激光增益?？蓪?shí)現(xiàn)的開關(guān)速度基本上受Q 開關(guān)中聲速和波束半徑的限制。對于通常的固態(tài)激光器，很容易獲得所需的開關(guān)速度，但對于特別緊湊的短脈沖激光器，這可能具有挑戰(zhàn)性。在某些情況下，由于 AOM 的速度限制，需要使用電光調(diào)制器。

• 該設(shè)備應(yīng)適用于高占空比，這是此類激光應(yīng)用的典型特征。

有各種各樣的權(quán)衡。例如，具有高彈光系數(shù)的二氧化碲 (TeO 2 ) 需要小的聲功率，但具有中等的損傷閾值。結(jié)晶石英或熔融石英可以承受更高的光強(qiáng)度，但代價(jià)是更高的聲功率（因此也是射頻功率）。所需的聲功率還取決于設(shè)備的光學(xué)孔徑：大孔徑設(shè)備，如高功率激光器所需，需要更高的聲功率。Q開關(guān)中產(chǎn)生的熱量可能非常強(qiáng)烈，以至于需要水冷。在較低的功率水平下，傳導(dǎo)冷卻就足夠了。

對于高增益激光器（例如，光纖激光器），可以在激光條件下使用一階衍射光束，因此當(dāng) AOM 關(guān)閉時(shí)會導(dǎo)致非常高的諧振腔損耗。然而，激光狀態(tài)下的損耗也相當(dāng)高，并且在脈沖生成期間會發(fā)生頻移。因此，該配置不常使用。

聲光Q開關(guān)的射頻驅(qū)動器

使用的電子驅(qū)動器通常是一個以固定調(diào)制頻率和數(shù)字輸入運(yùn)行的設(shè)備，用于快速打開/關(guān)閉射頻輸出。

所需的射頻驅(qū)動功率通常很大（有時(shí)甚至遠(yuǎn)高于 10 W），原因如下：

• 激光增益通常（但并非總是）非常高，因此Q開關(guān)需要大量的損耗調(diào)制。

• 聲光介質(zhì)必須針對低損耗進(jìn)行優(yōu)化，暫時(shí)導(dǎo)致較低的聲光品質(zhì)因數(shù)。

• 如果需要與極化無關(guān)的操作，則必須使用剪切波，從而導(dǎo)致品質(zhì)因數(shù)更低。

• 特別是對于高功率激光器，需要大孔徑和相應(yīng)大的聲束直徑。

由于射頻功率最終會轉(zhuǎn)化為熱量，因此通常需要對 AOM 進(jìn)行水冷。

聲光Q開關(guān)射頻驅(qū)動器

G&H聲光Q開關(guān) (AOQS)

聲光Q開關(guān) (AOQS) 在激光腔內(nèi)工作，通過主動控制腔的 Q 因子（損耗）來產(chǎn)生高強(qiáng)度的脈沖光。我們的聲光Q開關(guān)堅(jiān)固耐用、可靠且經(jīng)久耐用，并以數(shù)百萬小時(shí)的現(xiàn)場服務(wù)為后盾。

我們提供低插入損耗、高效的聲光Q開關(guān)，能夠處理非常高的峰值功率，并將利用我們 35 年的經(jīng)驗(yàn)來匹配腔長、重復(fù)率、波長、光束直徑、偏振狀態(tài)和輸出功率激光到最佳聲光Q開關(guān)解決方案。

當(dāng)放置在激光腔內(nèi)時(shí)，聲光Q開關(guān) (AOQS) 可用于通過聲光效應(yīng)控制諧振腔內(nèi)循環(huán)的光量。當(dāng)打開時(shí)，AOQS 將光從腔內(nèi)的光束路徑中衍射出來，從而增加損耗并降低 Q 因子。雖然腔中的損耗很高并且泵浦繼續(xù)進(jìn)行，但不會發(fā)生激光，但可以在增益介質(zhì)內(nèi)建立粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。一旦增益飽和，聲光Q開關(guān)的射頻功率就會關(guān)閉，從而非常迅速地降低腔內(nèi)的損耗。這增加了 Q 因子并允許快速放大以產(chǎn)生非常高強(qiáng)度的短脈沖。

高質(zhì)量的聲光Q開關(guān)具有以下幾個重要特性：

• “關(guān)閉”狀態(tài)下的損耗極低，可最大限度地提高輸出強(qiáng)度

• 能夠承受非常高的峰值激光功率

• 出色的傳感器可靠性，允許長期使用而無需維護(hù)

在為應(yīng)用確定或創(chuàng)建正確的聲光Q開關(guān)和驅(qū)動器時(shí)，我們考慮了許多因素：

• 腔長

• 光束直徑

• 波長

• 偏振態(tài)

• 重復(fù)率

• 輸出功率

• Q 開關(guān)在腔體內(nèi)的位置

為了避免犧牲衍射效率，需要在施加的射頻功率和耐用性之間進(jìn)行權(quán)衡。更堅(jiān)固或耐用的聲光Q開關(guān)材料通常需要更大的射頻驅(qū)動功率，并且可能需要水冷或傳導(dǎo)冷卻。

我們?yōu)榻t外波長的偏振或非偏振激光器提供現(xiàn)成的解決方案。我們可以通過水冷和傳導(dǎo)冷卻來適應(yīng)大燈泵浦多模激光束直徑（高達(dá) 8 毫米）以及小型緊湊二極管泵浦光束直徑（< 1 毫米）。專門的設(shè)計(jì)可滿足獨(dú)特的需求，例如超高單程損耗（高達(dá) 96%）、高開關(guān)速度和出色的脈沖到脈沖穩(wěn)定性。

我們還提供專為Q開關(guān)設(shè)計(jì)的全系列 RF 驅(qū)動器，具有快速下降時(shí)間、緊密同步、在固定或可變模式下運(yùn)行，以及諸如第一脈沖抑制或多通道操作等高級功能，可驅(qū)動多個Q開關(guān)。相同的腔體。

無論您是為材料加工應(yīng)用（雕刻、切割或鉆孔）設(shè)計(jì)激光器，還是為醫(yī)療手術(shù)、光刻或快速原型設(shè)計(jì)創(chuàng)建完整系統(tǒng)，我們都能找到Q開關(guān)和射頻驅(qū)動器來平衡您的性能、成本和可靠性需求。

聲光調(diào)Q開關(guān)的應(yīng)用

激光打標(biāo)、光刻、材料加工、醫(yī)療手術(shù)、微加工