激光原理实验

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1、激光安全须知实验一Nd3+:YAG激光器的安装与调试实验二Nd3+:YAG激光器参数测量实验三高斯光束远场发散角测量实验四氦氖激光器模式测量实验五电光调Q脉冲YAG激光器实验六KTP晶体倍频YAG激光器实验七YAG激光放大器激光安全须知1大功率调Q脉冲激光装置所在地应有明确标志，非实验人员不得进入激光工作区域。2不可直视激光束（迎着激光束射来的方向看）和它的反射光束，不允许对激光器件做任何H视的准直操作。3对于不可见的红外激光束，实验者更应了解实验的光路布局，并避免使自己的头部保持在激光束高度所在的水平面内。4实验区域内不应存在

2、任何带有闪亮表面的物体。实验者应从身上除去此类饰物、手表与徽章等。5不可在存激光照射的情况下移动任何反射镜、光阑、能量汁探尖和光谱仪器等。6不允许将激光束瞄准任何人体、动物、车辆、门窗和天空等。对于由此而带来的对目的物的伤害，操作者负有法律责任。7不得在未停机或未确认储能元件均己放电完毕的情况下检修激光设备，避免造成电击伤害。实验一Nd3+:YAG激光器的安装与调试-x实验目的1、通过对Nd3+:YAG激光器的安装与调试熟悉固体激光器的结构和工作原理。2、学会调整光学谐振腔的基本方法。二、仪器设备YAG棒：巾6X80mm谐振胶长

3、：500mm水冷设备：一套光源光源：一支3、要求将激光器调整到有最佳输LB状态。脉冲氮灯：6X80mm半反镜透过率：T=80%储能电容：100uF聚光腔：1个激光电源：1台光学平台及支架：一套黑相纸：若干红光LED指示小孔光阑：一个三、实验原理1、固体激光器基木结构dp分/KJt今兔YAG棒no图1、固体激光器基本结构固体激光器主要由工作物质，激励源和光学谐振腔三部分组成，其结构如图1。本实验用激光器，工作介质06X80mm,泵灯为脉冲氙灯，尺寸为$7X80mm,聚光腔采用镀银金属腔。聚光腔的作用是使光泵发出的光更有效地集屮照射

4、到工作物质上，从而提岛激光器的总体效率。储能电容c=100^F。谐振腔为平行平面腔，一块全反镜，一块输出镜，反射率R=20%。激光器工作时两镜面要严格平行，且与工作介质轴线严格垂直。激光器分单脉冲和重复脉冲两种输出方式，重复频率1次/秒〜10次/秒可调。2、工作物质Nd^YAG激光器的工作物质是一种人工晶体。它的基质是钇铝石榴石，其分子式为:Y3AL5O12,Nd3+是掺杂离子，起激光作用的正是NcP+离子，它的能级结构如图2所示。这是一个叫能级结构，在光泵作用下，处于基态£,的大量粒子被抽运到E4能级，E4能级有两个吸收带，吸

5、收峰分别为0.81pm和0.75，。巾于E4能级寿命很短，约l（T8s,因而很快弛豫到E/能级。&能级是个亚稳态，寿命在1CT3〜10_4s,因而可大量积累粒子，结果在E3与E2之间形成了粒子数反转分布，构成了产生光放大的必要条件。E3粒子向E2跃迁，辐射v、2=（E：-E2）/h频率的光子。经谐振腔反射镜反射，沿轴向的光子返回工作介质中，由于粒子数反转的形成，这些光子与匕能级粒子作用，将产生受激辐射，受激辐射的光子与入射光子频率相同，方14相同，偏振态相同，因而使腔内同频同方肉光辐射增强。在光泵的持续作用下，该光束来回通过工作

6、介质，不断增强，最终形成激光输出。3、光泵光泵是固体激光器的重要组成部分。本实验为脉冲激光器，因而采用脉冲氙灯作为光泵。它亮度高，结构简单，可以单次闪光也可以重复闪光。脉冲氙灯是在石英管内充有一定压力的氙气，工作于弧光放电状态的一种光源。工作时，与电极两端连接的储能电容上充有直流高压，当一上万伏的高压脉冲触发时，可使灯管内的气体击穿电离，形成放电通道，电容中的能呈开始向通道A释放，形成弧光放电。随着放电过程的进行，电容中储存的能量越来越小，经过一段吋间后，当电容中的能量不足以维持弧光放电时，放电逐渐熄灭。脉冲氙灯放电的伏安特性表

7、明它是一种非线性过程。常用的回路有电感、电容放电回路和仿真放电网络等。氙灯闪光时间与时间常数T=(LC)1/2有关，L、C分别为回路的电感U与电容量。电感的加入限制了放电电流的上升率，并使放电电流的峰值下降，因此对氙灯有保护作用。但电感量过大，放电前沿过于缓慢，会影响工作物质上能级粒子数的积累过程，因而也就影响激光器的输出能量和功率，严重时会导致没有激光输出。图3、脉冲氣灯电源电路原理图阁屮直流商压电源通过限流电阻KM储能电容充电。若储能电容器的容量为C。，充电电压为V，则电容器所储存的能量为：E=（l/2）CoV2（1）由于上

8、的充电电压低于氙灯的自闪电压，氙灯不会自行闪光，耑要外触发來加以引导（外触法电压一般都在万伏以上）。阁屮，直流电源乂:通过电阻r对电容G充电，充电电压等于直流电源的电压VH当一正脉冲电压信号加到可控硅的控制极时，可控硅导通，于是电容器（::对地放电，脉冲变压器T