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1、目录摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题背景及意义1.2 激光功率对光克尔快门性能的影响在国内外的研究状况及发展趋势1.3 主要研究内容第二章 激光功率2.1 激光功率的含义2.2 激光功率检测原理第三章 光克尔效应3.1 光克尔快门的含义3.2 光克尔快门的工作原理3.3 光克尔快门的应用3.4 光克尔效应的基本原理3.5 光克尔效应的实验原理3.6 光克尔效应的应用第四章 光克尔快门对光的选通效率的影响研究4.1 光克尔快门对光的选通效率的影响因素4.2 影响因素的测量方法4.3 理论模拟激光功率对光克尔快门选通效率的影响4.4 并进行实验研究结束语致谢参考文献附录激光功率对光克尔
2、快门性能影响的研究激光功率对光克尔快门性能影响的研究摘要摘要关键词：激光功率、光克尔快门、光克尔效应，性能影响关键词：激光功率、光克尔快门、光克尔效应，性能影响Research on the effects of laser power optical Kerr shutter performance Abstract: Optical Kerr shutter is written by a strong polarized light to control the switch, so the performance of the shutter is affected by the la
3、ser power. The switching time, that is, the entire unit time resolution, depending on the pump CS2 Kerr medium width of laser pulse. The optical Kerr effect refers to the media after laser irradiation to produce strong electric fields, so as to change the refractive index of a photoelectric effect.
4、The refractive index change leads to the self-focusing nonlinear optical effect, the phase modulation and modulation instability, and is the foundation of Kerr lens mode locking. Purpose and significance of this topic is designed to understand the basic principles of optical Kerr shutter and optical
5、 Kerr effect, application, and master the optical Kerr shutter the influence factors of the strobe light efficiency measurement method. This design plans to change the laser power, signal light transmittance measurement analysis, to study the performance of optical Kerr shutter, as to provide theore
6、tical basis for optimizing the optical Kerr shutter performance and experimental support.KeyKey words:words: Laser power、Optical Kerr shutter、Optical Kerr effect、Performance impact第第 1 1 章章 绪论绪论1.11.1 选题的目的与意义选题的目的与意义光克尔快门是由一个强的偏振光来控制其开关，因此快门的性能受到激光功率的影响。其开关时间，也就是整个装置的时间分辨率，取决于泵浦光克尔介质 CS2激光脉冲的宽度。而光克
7、尔效应是指介质经激光照射后产生很强的电场，从而改变其折射率的一种光电效应。这种折射率的变化导致了非线性光学效应的自聚焦，自相位调制以及调制的不稳定性，并且是克尔透镜锁模的基础。此选题的目的和意义旨在了解光克尔快门和光克尔效应的基本原理以及应用，并掌握光克尔快门对光的选通效率的影响因素的测量方法。本设计拟改变激光功率，测量分析信号光的透过率，对光克尔快门性能进行研究，为优化光克尔快门性能提供理论依据和实验支撑。1.21.2 激光功率对光克尔快门性能的影响的发展趋势激光功率对光克尔快门性能的影响的发展趋势由于光克尔效应在各种介质中都能够发生, 并且不受光谱的限制, 而且光克尔快门结构简单, 因此受
8、到了科学家们的青睐。近些年来，有关光克尔效应的研究有很多，例如：采用光克尔快门提升激光脉冲对比度：为了有效地提升激光脉冲对比度,提出采用光克尔快门技术对激光主脉冲进行选通来消除主脉冲前后的噪声。同时还有光克尔效应提高全光纤前端系统信噪比的理论分析、光克尔效应的能量自稳定理论及在光纤激光器的应用、单模石英光纤光克尔常数的测量、 磁光克尔效应及其测量、利用光克尔效应的超快速开关性质和光延迟装置配合运用，能观测样品的皮秒量级的分时光谱等。现今光克尔快门已经广泛应用到超快现象研究中, 如瞬时发光、 光吸收、 光电导、 光成像等。磁光克尔效应也被广泛应用于工业和科研的众多领域。磁光克尔效应在现代数据存储
9、技术中的应用，目前无论是在工业上科技、资讯的高度发展对存储元件记录密度的需求越来越高，满足此种要求的办法是利用光克尔效应研发制造磁光记录光碟和硬盘。通过一束激光聚集在特定的磁光记录介质薄膜上就能够实现磁光记录。随着科学技术的不断进步，传统的光克尔效应的方法会不断地被拓展，使之可以应用于更多的领域。 1.3 本课题主要讨论问题本课题主要讨论问题1、了解光克尔快门及光克尔效应的基本原理以及应用。2、理解激光功率以及其在光克尔快门中的作用。3、通过改变激光功率，从而掌握光克尔快门对光的选通效率的影响因素的测量方法。4、理论模拟激光功率对光克尔快门选通效率的影响，并进行实验研究。第二章第二章 激光功率
10、激光功率2.1 激光功率的含义激光功率的含义包括连续激光功率、脉冲激光能量、脉冲激光峰值功率、相对空间功率（能量）分布、相对频谱功率（能量）分布、光束轮廓或线型（振幅和相位分布）等激光辐射参数的测量。与此有关的学科称为激光辐射度学。激光功率（能量）测量同一般光辐射测量不同之处，是它通常测量的不是均匀的光辐射场，而是非均匀的光辐射束（其典型情况是高斯光束）。激光光束直径一般为120 毫米。因此，不仅需要测量连续激光辐射,还需要测量各种脉冲激光辐射（包括超短脉冲激光辐射），其持续时间通常在 10-310-8秒,有时短至 10-12秒。激光功率（能量）测量是一种强光辐射测量，连续激光光束的功率可达1
11、02104瓦,单个脉冲激光的能量可达 10103焦，而脉冲激光的峰值功率则可达 1091011瓦。激光功率（能量）可以利用激光辐射与物质相互作用的各种效应来测量，其中尤以激光辐射的热效应和电效应得到广泛的利用。光热型测量仪器利用黑层或其他特殊材料来吸收激光，然后用温差热电偶或热释电晶体等热敏元件来探测材料吸收激光后的温升，适合于宽波段工作。光电型测量仪器利用光伏元件、光导元件或光发射元件为探测器。它具有快速测量的特点，可测量激光功率（能量）的瞬时值以追踪瞬态过程。激光空间特性参量的测量，需要应用阵列探测元件和全息技术；强激光和脉冲激光的测量须防止激光对接收面的损伤；弱激光的测量则须屏蔽对激光探
12、测器件的干扰。激光功率（能量）计量的主要标准装置是高精度的绝对型激光功率(能量)计，即可用电功率（电能）进行精确自校准的激光功率（能量）计。各种不同等级的激光功率（能量）测量仪器须在标准装置上进行分度和检定。 2.22.2 激光功率检测激光功率检测2.2.12.2.1 激光功率检测的原理及应用激光功率检测的原理及应用一、激光功率测试原理（1）激光测试系统激光功率测试系统主要由激光器部分和功率计测试部分组成，其中激光器部分直接就决定了激光输出，功率计直接影响测试的准确性。激光器由工作物质、谐振腔和泵浦源三大部分组成。工作物质是激光器的核心，作用是为激光的产生提供反转粒子数；谐振腔是激光器的重要部
13、件，它不仅是形成激光振荡的必要条件，而且还对输出激光的模式、功率、光束发散角等均有着很大影响。泵浦源是为实现粒子数反转提供外界能量的系统。（2）激光功率测试1064nm 激光为不可见光，而且我们主要要求测量直径为 7、8mm,长度为 145mm 以上的棒，基本都是大功率输出，所以测试过程必须把此套封闭在一定的区域内，确保安全性。需要测量不同晶体棒的如下参数：阈值能量 (阈值能量越高，在同一注入能量的情况下， =1 2 输出功率越低)同一注入能量的情况下，比较各晶体棒的输出功率（定性的确定晶体棒输出功率的稳定性、高低性）二、激光检测技术的应用 激光技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作
14、为光源，配以相应的光电元件来实现的。它具有精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。下面介绍几种应用实例。1、激光测距 激光测距的基本原理是: 将光速为 C 的激光射向被测目标，测量它返回的时间，由此求得激光器与被测目标间的距离 d。即： dc t / 2 式中 t激光发出与接收到返回信号之间的时间间隔。 可见这种激光测距的精度取决于测时精度。由于它利用的是脉冲激光束，为了提高精度，要求激光脉冲宽度窄，光接收器响应速度快。所以，远距离测量常用输出功率较大的固体激光器与二氧化碳激光器作为激光源；近距离测量则用砷化镓半导体激光器作为激光源。 2、激光测
15、长 从光学原理可知，单色光的最大可测长度 L 与光源波长 和谱线宽度 的关系用普通单色光源测量，最大可测长度 78cm。若被测对象超过 78cm，就须分段测量，这将降低测量精度。若用氦氖激光器作光源，则最大可测长度可达几十公里。通常测长范围不超过 10m，其测量精度可保证在 0.1m 以内。 第三章第三章 光克尔效应光克尔效应3.13.1 光克尔快门的含义光克尔快门的含义光克尔快门是由一个强的偏振光来控制其开关，因此快门的性能受到激光功率的影响。其开关时间，也就是整个装置的时间分辨率，取决于泵浦光克尔介质激光脉冲的宽度。32 光克尔快门的工作原理1964 年, M ay e r 和 G ir e s 提出, 大功率的偏振光脉冲入射到玻璃上可以产生线性双折射。假设有一束频率为的光波场作用在介质上的同时还有另一束频率的强光作用在该介质，那么的光会影响介质对的作用。这是因为通过三阶非线性效应，在频率上产生了与频率为的光的场强平方有关的三阶非线性电极化强度。与光偏振方向相平 行和垂直的光的折射率的改变量分别为/ ,表示如下： /=3yyy, (1) 2 43Ekc,(2) 2 43Ekc3 xxyy,.,这两束光通过介质时会产生相位差：/ (3)/2 l式中，分别为光的场强，玻尔兹曼常数E ,lck、真空光速、在光克尔介质中 和光
