实验6-1 脉冲固体激光器输出特性

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1、实验6-1脉冲固体激光器输出特性研究【实验目的】1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。3、测定激光器输出光束的发散角。【实验原理】一.固体激光器的基本结构和工作原理激光，其英文为Laser，全名为Lightamplificationbystimulatedemissionofradiation，全名译为辐射的受激发光放大。这很好地概括了激光产生的机制。激光器就是根据激光产生的机制而设计的。它

2、由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。实验所用YAG激光器的结构如图6-1-1所示。1、工作物质要形成激光，首先必须利用激励源使工作物质激活，既使工作物质内部的电子在某些能级之间实现粒子数的反转分布，并且需要满足一定的条件。2、泵浦系统本实验中所用YAG激光器的光泵系统由聚光腔、脉冲氙灯和它的供电系统以及触发器组成。直流电源给储能电容充电到数百伏，并加到氙灯的两极，这时氙灯不发光。触发器接通后，立即发出一个一万多伏的电脉冲使氙灯导通，这时储能电容通过氙灯放电，氙灯发出强烈的闪光。此光激活工作物质，处于基态的粒子

3、向高能级跃迁，比如跃迁到能级上。在此能级上的粒子寿命较长，故称为亚稳态。由于光泵系统的不断泵浦，泵浦到一定程度时，激发到高能级上的粒子数比在它下面的能级上的粒子数还多了，实现了粒子数的反转。当粒子跳回低能级上时发光。3、光学谐振腔为了满足产生激光的阈值条件，即要使光在谐振腔中来回一次在激活介质中所获得的增益足以补充由各种因素所导致的光的损耗。在忽略介质内部损耗的情况下，阈值条件为(6-1-2)式中：一谐振腔两端反射镜的反射率（包括反射镜的吸收，透射和衍射损失）；—激活介质的长度；G—激活介质的增益系数，定义为：(6-

4、1-3)二．YAG激光器输出特性1、输出特性曲线输出特性曲线是指激光器的输出能量与输入能量之间的关系曲线。见图6-1-3。当改变激光电源中储能电容的充电电压或电容时，就得到了不同的输入能量，其大小由下式计算（6-1-4）激光器的输出能量由能量计读出。由图6-1-3可知，对于每一台激光器，都存在着一个最小能量值，当输入激光器的能量等于或小于时，激光器停止振荡，叫做激光器的光泵能量阈值，这是指已调好的激光器能够正常输出激光所需要的最小输入能量值。对于输出特性曲线上的每一个点，都对应一个输出能量与输入能量的比值，用来表示，

5、叫做激光器的绝对效率，具体表示为（6-1-5）对于不同的点，的值是不同的。在输出特性曲线上，有一直线区间，它表示激光器在这一区间工作时，其输出能量与输入能量的变化成比例，通常引人斜效率来描写这一特性。即（6-1-6）A、B为直线部分上的任意两点。曲线与输出特性曲线的对应关系如图6-1-4所示。2、发散角按照几何光学原理，严格的平行光束在消像差透镜L的像平面上将形成一无穷小的像点；然而具有发散角的光束在透镜像平面上则形成一圆形光斑，如图6-1-6所示，相应光斑的直径D由下式确定：(6-1-7)式中为透镜的焦距，显然，若

6、将照相机物镜先调焦于无穷远，再对欲测定其发散角的激光束拍摄一照片，测出底片上摄得的激光圆斑的直径，即可由（6-1-7）式计算其发散角。【实验仪器】YAG固体激光器、能量计、He一Ne激光器，读数显微镜，直流电源等。【实验内容】1．测量输入、输出能量激光器处于工作状态后，就可以用能量计来测量输出激光能量了。充电电压可以从900V或950V开始，逐次下降，每隔50V测一个点，分别计算输入能量、输出能量，以为横坐标、为纵坐标，画出一曲线，从而计算出绝对效率和斜效率，并画出一及一曲线。2、测量发散角输出激光经透镜聚焦，在透镜

7、的焦平面上放置一屏，上面固定一张黑色相纸。在调节好位置后，打出三个聚焦烧蚀斑点，用读数显微镜测出斑点直径D，用公式算出发散角。【实验数据记录】1.测量输入、输出能量的数据记录如下表：表6-1-1输入、输出能量测量工作物质YAG：Nd3+储能电容200充电电压925900850825800750700650600550500450剩余电压7.57.57.57.57.57.57.57.57.57.57.56输出能量1309125010461052980888775592440335236135充电电压4003753503

8、25300剩余电压55555输出能量54.619.420.0002.测量发散角表6-1-2发散角的测量(输入电压925V)透镜焦距f/mm156mm光斑直径D/mm纵横纵横纵横平均值2.54.02.54.53.04.0发散角【实验处理】1．输入输出能量与对应效率根据表6-1-1可以求出在已定的不同充电电压剩余电压和输出能量,剩余电压和输出能量。