文档介绍：理论介绍部分
1、激光放大技术的简介
在多数激光应用中,往往要求激光具有很高的能量(或功率),如激光核聚变至少需要高达上万焦耳的能量,激光雷达需要大功率的调制激光等等。但欲获得高能量激光,仅靠激光振荡器来获取一般是很困难的,这是因为提高激光器的输出能量(或功率)和其他指标(如光束发散角、单色性、脉冲宽度、调制性能等)要求是相互矛盾的。故要保持激光光束优良的特性,其工作物质的口径和长度都不宜太长。再者激光器内的激光光束要多次往返通过工作物质,因此当输出能量(或功率)很高时,工作物质就有可能被破坏。
利用调Q技术或者锁模技术,可以获得极高的峰值功率(109~1012W)。其峰值功率之所以大得惊人,是由于把能量压缩在极短暂的时间内释放出来的缘故。但是这种高峰值功率的激光器实际上所输出的能量往往不一定很大。因此,为了获得性能优良的高能量激光,应用激光放大技术则是一种最佳方法。
2、激光放大器的概念
将本振级输出的高光束质量的激光放大到所需的能量(或功率)的器件称为激光放大器。
激光放大器可以比喻成用于增加枪射程的枪膛,发出“种子”激光的激光器相当于枪,激光相当于子弹,子弹的参数由枪决定(激光的参数由发出“种子”激光的激光器决定),枪膛主要是增加子弹的射程(激光放大器主要是增加激光的能量或功率)。
3、激光放大器的工作原理
单程行波放大是一种发展较早的激光放大方法。现以单程行波放大器说明激光放大器的工作原理。下图是典型的行波放大器原理图。
它是由激光振荡器(本振级)和激光放大器(放大级)组成。二者基于同一物理过程,即受激辐射的光放大。本振级和放大级采用相同的工作物质和泵浦方式。当放大级工作物质在光泵浦作用下,具有足够的反转粒子数,本振级产生的激光脉冲通过它时,由于入射光频率与放大介质的增益谱线相重合,故激发态上的粒子在外来光信号的作用下产生强烈的受激辐射。这种辐射叠加到外来光信号上的部分得到放大,使放大级输出具有较高能量增益的激光脉冲。
4、激光放大器的分类
根据放大的机制不同
可以把放大分为行波放大和注入放大两大类。行波放大可以再分为单程行波放大、多程行波放大和偏振抽取行波放大等。注入放大可以再分为外注入放大、自注入放大等。
行波放大技术是将欲放大的光信号以行波的方式通过放大器,其放大倍数是有限的,因此,若要求能量放大的倍数更大时,则要求采用多级放大技术。另外,在某些应用中,还采用一种多路的行波放大系统,即将激光振荡器输出的高质量光束分成几路,分别通过对应的放大器放大之后,再通过光学系统会聚在一起,便能得到性能较好的大能量激光,如激光的热核聚变的实验装置往往就是采用这种放大系统。
注入放大技术,又称再生放大(Regenerative Amplification)技术。这种放大技术就是将一束质量好的微弱信号注入一个激光振荡器中,注入的光信号作为一个“种子”控制激光振荡的产生,即使激光振荡是在这个“种子”的基础上而不再是从噪声中发展起来,并得到放大之后输出腔外,从而得到光束性能优良、功率高的激光。
根据放大脉冲信号宽度不同
分为连续激光放大(长脉冲激光放大)、脉冲激光放大和超短脉冲激光放大。
放大
连续激光放大
超短脉冲激光放大
脉冲激光放大
放大介质中的激发态粒子(原子、分子或离子),由于辐射跃迁有一定的弛豫时间T