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固体激光器装调

:提供反转粒子数
激励源:为实现粒子数反转
提供外界能量。
谐振腔:光放大作用
工作物质
本实验选用Nd3+:YAG激光棒。
Nd3+ :YAG晶体(即掺钕钇铝 石榴石)是以钇铝石榴石晶体为 基质掺杂适量的三价稀土元素钕 离子(Nd3+)构成的。其中是以 Nd3+臵换YAG中的部分钇离子,晶体呈淡紫色。Nd3+是激 活离子,从提高物质的增益来看,其浓度应越大越好, 但是由于Nd3+半径大于Y3+的半径,将Nd3+掺入YAG中有结 构上的困难,其浓度过大会造成质量上的缺陷。一般 Nd3+的含量为1%左右。
2 in
5.峰值功率P=脉冲能量Eout/脉宽
根据公式:峰值功率=输出能量/脉宽,计算不同注入电压下的 输出激光的峰值功率。列表表示注入电压、注入能量、输 出电压、输出能量、脉宽、峰值功率。
6.加小孔光阑进行选模,测试加小孔光阑之后的输出 能量。
实验结果
表1 注入电压与脉宽关系
注入电压(V) 1 2 脉宽(μs) 3 4 5 平均脉宽(μs) 标准差
表3 实验结果汇总
注入电压 (V) 500 530 560 注入能量 (J) 输出电压 (mV) 输出能量 (mJ) 脉宽 (μs) 峰值功率 (W)
590
620
思考问题
把小孔、半导体激光光束调整到包括导轨中心线 的垂面内且与导轨面平行有什么好处?你是如何 调整的?不这样调整是否可以?为什么?
实验目的
1、了解固体激光器的基本组成和原理; 2、学习固体激光器的装配和调试方法; 3、掌握固体激光器的主要性能及基本技术参
数的测试方法;
4、学会横模选择方法。
实验原理
Lion by Stimulated Emission of Radiation 表示“受激辐射的光放大” 1964年10月,物理学家钱学森建议称之为-----激光 工作物质
实验内容与步骤
4.测试输出能量、输入能量,建立曲线关系。
用热释电探头和示波器测量输出激光的能量。记录不同 注入电压下激光的输出电压值(测量要求同3),并将注入 电压( E 1 CV ,其中C为泵灯电源的充电电容,一般取 2 100μF)和平均输出电压换算成能量(按照能量计上的标 注换算),绘制注入能量——输出能量关系曲线,计算转 换效率。
危险物上甚至会引起火灾和爆炸。激光器泵浦闪光灯电源、触发电源和调Q电源都使用高
压电,意外触及可造成人身伤害。因此,在实验中应注意以下安全事项: 1、仪器启动后,不准向激光腔内窥视。 2、绝对禁止直接或反射的激光射入眼内,有关人员应配戴激光防护镜。 3、严禁学生实验时打开电源箱外壳,以防剩余电压伤人或损伤仪器。 4、激光器工作时随时注意仪器的运转情况,特别是循环水的流动与否和电源放电声音是 否正常。遇异常情况,请迅速关机;待查明异常情况原因并排除后再行开机工作。
Maiman


1961年8月,中国第一台激光 器--"小球照明红宝石"激光器,在 中国科学院长春光学精密机械研究 所诞生了。它虽比国外同类型激光 器的问世迟了近一年的时间,但在 许多方面有自身的特色,特别是在 激发方式上,比国外激光器具有更 好的激发效率,这表明我国激光技 术当时已达到世界先进水平。
静态激光的驰豫振荡现象
产生驰豫振荡的主要原因是:当激光器达到阈值时,产生 激光,使谐振腔内的光能密度增加。由于增益饱和效应, 光能密度的增加将导致粒子反转数降低,到低于阈值时, 激光发射就停止。此时,光泵抽运使粒子反转数又增加, 超过阈值时,产生第二个激光脉冲。如此不断重复,便形 成了一系列小的尖峰脉冲。。
简要叙述脉冲固体激光器输出的静态激光的输出 特性。(输出能量、脉宽、峰值功率等)
在激光器的实际应用中,基横模的选取有什么具 体意义和应用?
注意事项
脉冲Nd:YAG激光器辐射的激光功率非常高,使用过程中稍有不慎,激光束就会损 伤身体或物品,轻则烧坏衣物,烧伤皮肤,重则造成眼睛永久性失明;如果照射到某些
探头参数:8.4mV/mJ
输出电压(mV) 平均输出 输出能量 电压(mV) (mJ) 标准差
表2 注入能量与输出能量关系
1 2 3 4 5
250 200
输出能量/mJ
150 100 50 0
12
14
16
18
20
22
24
26
注入能量/J
图2 注入能量与输出能量关系曲线
实验结果
激光阈值:500V 探头参数:8.4mV/mJ
光学谐振腔
最常见的激光谐振腔是由相 对的两个球面镜或平面镜构成的 。典型的谐振腔结构有平平腔、 平凹腔、凹凸腔、共焦腔等。本 实验选用平凹腔,由一个平面镜 和一个凹面镜构成,凹面镜做全反镜,镀1064nm全 反模,平面镜做输出镜,镀1064nm部分反射部分透 射模。

泵浦系统

泵浦系统的作用是为工作物质达到粒子数反转分布提 供必要的能量,并控制激光器按使用要求正常运转。它主 要由泵浦光源,聚光腔和电气系统组成。常用的泵浦光源 有弧光放电灯,半导体激光器等。其中氙灯和氪灯不仅辐 射强度和辐射效率高,而且具有较宽的发射谱带,并与 Nd3+:YAG等的吸收谱有较好的匹配,所以被普遍使用。 通常脉冲激光器选用氙灯,连续激光器则选用氪灯。
横模的选择
腔内电磁场在垂直于其传播方向Z的横向X-Y面内存在的 稳定的场分布,称为横模。选取横模技术就是使激光器处 于单横模TEM00状态运转,抑制各高阶模振荡。

采用小孔光阑作为选模原件插入腔内是固体激光器中 常用的选模方法。由于高阶横模的光腰比基模的大,如果 光阑的孔径选择得适当,就可以将高阶横模的光束遮住一 部分,而基模则可顺利通过。 另外,由衍射理论可知,腔内插入小孔光阑相当于 减小腔镜的横截面积,即减小了腔的菲涅耳数,因而各阶 模的衍射损耗加大,但损耗程度不同,只要小孔光阑的孔 径选择适当,便可选出基模。
500
530 560
590
620
110 105 experiment
静态脉宽/μ s
100 95 90 85 80 75 500 550 600 650 700 750
注入电压/V
图1 注入电压与静态脉宽的曲线图
激光阈值:500V
注入电 压(V) 500 530 560 590 620 注入能量 (J)
实验内容与步骤
2. 测激光阈值
3.激光脉冲波形的测量
1) 用连续光电探头和示波器测量脉冲氙灯的脉宽。观 察脉冲氙灯脉宽的量级。 2) 用脉冲光电探头和示波器测量静态激光的脉宽,观 察驰豫振荡现象。记录不同注入电压所对应的输出 激光的脉宽。要求在阈值电压以上开始测量,每隔 30V输入电压测一组数据,共测五组,每组5个对应 的脉宽值,计算其平均值及标准差,并列表或画图 表示。


1960年,美国人梅曼(T. H. Maiman)发明了世界上 第一台红宝石激光器。 1961年,He-Ne气体激光器在美 国贝尔实验室研制成功。 这两次发明开创了传统的固体激 光器和气体激光器的时代,自此,激 光走上了高速发展的道路。此后,半 导体激光器、染料激光器、自由电子 激光器都在相应学科的支持下出现。 特别是八十年代,随着光电子学和半 导体技术的发展,光纤激光器和孤子 激光器相继出现,将激光引入以光电 子和微电子为主的信息时代。Company name
固体激光器的装调及选模
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1. 简 介
2. 实验目的 3. 实验原理 4. 实验装臵及仪器
5. 实验内容与步骤
6. 实验结果与讨论
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1958年,贝尔实验室的 汤斯和肖洛发表了关于激光 器的经典论文,奠定了激光 发展的基础。
激光的发展简史
1917年,爱因 斯坦提出了“受激 辐射”的概念,奠 定了激光的理论基 础。
参考书目
《激光原理》 《激光器件与技术》
沈柯 刘敬海,徐荣甫
《光信息科学与技术实验讲义》姚治海,孙贯成

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实验装臵
输 出 镜 工作 物质
聚光腔
泵 浦 氙 灯
全 反 镜
小孔光阑
半导体激 光器—准 直
连续光电探头 脉冲光电探头 可存储示波器
能量计
实验内容与步骤
1.激光器的安装与调整
用酒精或乙醚棉球将氙灯和激光棒擦净后,分别安放在 椭圆柱面聚光腔的两条焦线位臵上,即要固牢,又不宜过紧。
将全反射和部分反射腔镜分别装在两端调整架上。 调节导轨上的半导体激光器,使其小孔光束在通过导轨中 心线的垂面内且与导轨面平行。再在导轨的另一端放好接收屏, 使半导体激光器光束光斑落于接收屏上。(可在接收屏上放臵 上转换片,方便激光输出时的观测) 调节两腔镜架和聚光腔架,使其小孔光束尽量通过两腔 镜和激光棒的中心,并使它们的反射光点均匀落回小孔。 接好电气系统,检查无误后使激光器运转。再微调腔镜, 至使输出光在感光相纸上打出圆整均匀的焦斑为止。
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