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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=;声频fs=40MC; 折射率n=;真空波长λ0=.求得θB=

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.