第1章 Q驱动器概述
1.1 概述
开关元件与Q驱动电路板在激光器中的位置-toc" style="margin-left:80px;">1.2Q激光器中开关元件和Q驱动电路板的位置
第2章 Q开关元件
2.1 定义
2.2声光效应原理
2.3 Q调制
2.4拉曼-纳斯衍射
2.5声光Q开关结构及原理
2.6 Q开关控制激光工作过程
2.7 Q开关分类
2.8 Q开关的原理
2.9 RF信号
2.10性能参数
第3章 Q驱动器接口
3.1 连接示意图
3.2 纳秒激光器的接口信号说明
3.2P秒激光器的接口信号说明
第4章 Q设计驱动系统注意事项
4.1 Q驱动注意事项
参考：
第1章 Q驱动器概述
1.1 概述
Q驱动器是驱动Q开关元件工作的专用驱动电路。
根据外部控制信号，将相应的射频信号应用于Q开关元件，完成激光控制和进行Q调制。
1.2Q激光器中开关元件和Q驱动电路板的位置
第2章 Q开关元件
2.1 定义
（英文：Q-switching），巨脉冲发生器，又称巨脉冲发生器，是一种控制激光能否通过的开关，是一种脉冲激光开关技术。其基本原理是:电信号-声信号-物理变形-控制光的反射路径-控制光的输出。Q因此，开关又称声光Q开关，是一种声光器件。
声光Q开关工作在激光腔内，通过主动控制谐振腔的品质Q因子(损耗)来产生高强度的脉冲光。是利用声光效应设计和制作的一种声光调制器件。
一般来说，声光效应是指光通过超声波干扰介质衍射的现象，是光波与介质中声波相互作用的结果，其原理比传统的平面光栅更复杂、更抽象。
2.2
指物体的物理化学性质不会因方向不同而改变，即物体在不同方向测量的性能值完全相同，也称为均质性。物理性质不会随着测量方向而改变。也就是说，沿物体不同方向测量的性能显示相同的值。例如，所有气体、液体（液晶除外）和非晶体物体都显示各向同性。
的光学介质(如透光晶体)在不受光学性质在作用上是稳定的。
但当它受到声波场(如超声波)的影响时光学性质(如折射率)要改变通过介质时，介质中的每个点都会随着时间和空间的周期而变化，然后导致介质中随时间和空间周期变化的弹性效应，如图1所示，使介质中的每个点也会产生响应周期变化。
n0晶体折射率无应变。
图1 介质中超声波的传播示意图。
2.3 Q调制
因此，当光通过有的(透光晶体)当相位被调制时，就像光通过衍射光栅一样等于声波长度λs，当光束通过这个光栅时，它就会发生，这就是。
由于声波是运动的，因此介质应视为的，由于声速仅为光速的十万分之一，所以对于入射光斑来说，运动的可以认为是静止的，其光栅方程为：
声光栅的光栅常数等于声波的波长λs，θ和θi分别为入射光和衍射光与光栅平面的夹角，m是衍射级次，是光波波长。
依据超声波频率的高低与声波和光波作用长度的不同，声光衍射现象可以分为拉曼-纳斯（Raman-Nath）衍射和布拉格（Bragg）衍射。
2.4
拉曼-纳斯衍射产生于超声频率较低且声光相互作用长度较短的情况。
光束通过只发生折射和少量的反射，仍可将出射光波看成是平面波；但声波通过声光介质时，根据声光效应原理，声光介质如同一块声光栅，由于声光相互作用长度较短，认为声子和光子只作用一次，因此可以将声光介质看做平面光栅，光通过时产生多级衍射，如图2所示，由衍射原理可知，各级衍射波最大值方向满足条件
在入射光两侧出现与m=0,±1,±2,......相关的一些衍射极大值。
2.5
声光Q开关是利用声光效应以控制光腔损耗的Q开关技术。
其基本结构如图4所示，主要由驱动电源、射频插头、压电换能器/电声换能器、声光介质（石英晶体）、吸声材料、阻抗匹配元件、壳体组成，另外还包括图中未显示的冷却单元。
（1）驱动电源工作时，产生；
（2）该高频电信号作用在上，换能器将高频电信号转换为同频率的；
（3）超声波作用于声光介质（透光晶体），使声光介质发生周期性变化，
（4）折射率的周期性变化，会引起入射光发生经过晶体后发生作用（入射的激光不再沿着原先的单一路径传播，而是向各个方向传播）。
（5）吸声材料把多余的声音能量吸收掉。
Q开关是激光光学系统中一个重要
它通过阻断和不阻断光的反射通道来抑制和产生激光脉冲。
如上图所示，当声光调制开关工作时，入射光发生衍射偏离激光谐振腔，此时谐振腔处于，Q值下降，
在泵浦源的作用下，上能级反转粒子数大量积累，当到最大值时突然关掉声光调Q开关，衍射效应立即消失, 腔内Q值猛增, 迅速恢复, 在极短的时间内反转粒子数被消耗，转换为腔内激光能量，从谐振腔输出端输出，获得，很高的。
因此，严格意义上讲，并不是普通意义上的“开关”，而是一个类似电容聚合电荷后突入放电的过程，他是把激光光子（能量）暂时缓存在腔体内，然后再的控制开关。
不给压电换能器施加射频信号时，石英晶体保持其原有的常规折射率，由激光棒发射出来的平行光透过石英晶体，经后反光镜发射再穿过石英晶体，返回激光棒。
一旦给压电换能器施加射频信号，压电换能器立即在石英体内压迫石英晶体，使它的发生变化，透过石英晶体的光线发生折射而偏离后反光镜，使得光线返回激光棒。
由于激光光线返回激光棒是的必要条件，所以产生激光的进程停止。
因此给压电换能器施加和撤除信号，是关掉和释放激光的重要控制手段。
2.7 Q开关分类
市场上有2种Q开关，一种是风冷Q开关，一种是水冷Q开关。
Q开关有27M，40M，80M等规格。激光打标机常用Q开关都是27M的。
在目国内市场一般都是采用27M的水冷Q开关。
被动Q开关是由激光器本身完成Q值的变化的。主动Q开关是由外部机械或电子信号使Q值的变化的。
2.8 Q开关的原理
他们的共同原理都是：有意降低初始所激发出来的光子的能量，即Q值，常用的Q开关有：
1、可饱和吸收体Q开关：这是属于被动Q开关。在共振腔内放可饱和吸收染料盒、色心晶体等。它们对腔内的激光透过率是光强的函数，在开始时，共振腔内的受 激辐射强度低，它们对光辐射的吸收率大，即共振腔的Q值很低；当工作物质被充分泵浦而达到激光振荡阈值时，它们发生饱和吸收，透过率上升到近100%，共 振腔的Q值也随即突然升高到很高的数值。
2、电光晶体Q开关：这是主动Q开关。在共振腔内放电光元件和偏振分析器。当给电光元件加上外电场时会使通过的激光的偏振面发生旋转，由此可控制光束通过分析器的透过率。共振腔的Q值与分析器的透过率有关。现在最常见的电光元件是克尔盒和普克尔盒。
3、转镜式Q开关：这是主动Q开关。用马达带动共振腔的一块三棱镜高速旋转，当旋转的镜子转到与共振腔另一面反射镜精确平行的位置时，腔的Q值最高，其它位 置都比较低，反射镜的转动必须与闪光灯的触发同步，使两块反射镜达到平行时，工作物质已得到充分的泵浦。这种Q开关的主要优点是重复性好，主要缺点是容易产生杂波。
2.9 RF信号
RF信号打开时为固定频率的正弦波信号，RF关闭时无信号。
与RF信号正好是反向的，是RF震荡周期激增（积分）的光子能量的总和。
：在RF关闭时，瞬间释放RF打开时激增的光子的能量，形成瞬间的激光脉冲。
RF工作频率MHz声光Q开关，具有光衍射损耗与入射光的偏振态无关的优点，但需要的功率加大，高达50W.
RF工作频率为MHz、MHz的声光Q开关，无需持续水冷却，且较小的驱动功率获取了较大的衍射损耗。
2.10 性能参数
第3章 Q驱动器接口
3.1 连接示意图
3.2 纳秒激光器的接口信号说明
- RF 输出
- Q驱使能信号
- RF输出门控Gate
- Freq频率控制
（3）出光
- 无RF信号时，有激光输出
- 有RF信号时，无激光输出
3.2 P秒激光器的接口信号说明
- RF 输出
- Q驱使能信号
- RF输出门控Gate/MIV
- RF输出功率控制MIA
- 无RF信号时，无激光输出
- 有RF信号时，有激光输出
第4章 Q驱系统设计注意事项
4.1 Q驱器注意事项
抬高的驱动电压，会导致Q驱动器成本的上升、功耗的增加、发热的加剧，效能的降低。由于效率低发热高的问题，可能引起产品本身故障率增高，增加集成难度等相关问题。
通常采用15V一下的电压。如果系统是 24V或48V供电, 一种简单的解决方案是：在供电线串接一个小尺寸 DCDC 降压模块，将 24V/48V 转为 12V 或 15V 供电。这样在几乎不增加成本的情况下，即解决了上述问题，也统一了 Q 驱型号，综合来看更具优势。也即开关电源的 24V 输出先接到此 DCDC 模块，然后模块的输出再接到 Q 驱的供电就行了。
参考：
声光Q开关的基本原理及产品介绍 - 联合光科技（北京）有限公司 - 光学社区 - Powered by Discuz!