激光原理与技术实验指导书

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1、《激光原理与技术实验指导书》实验报告广东技术师范学院电子与信息学院40目录仪器要求与安全保护2实验一、LD泵浦ND:YVO4固体激光器的基本概念与主要参数测量3实验二、LD泵浦ND:YVO4固体激光器光斑尺寸的测量12实验三、LD泵浦ND:YVO4固体激光器远场发散角的测量16实验四、声光调Q技术实验五、HE－NE激光器谐振腔调节28实验六、HE-NE激光器的模式分析3140仪器要求与安全保护1、仪器安装在干燥、无灰尘、通风良好、远离热源和强（电）磁场的地方。2、工作温度：10～15oC3、相对湿度：＜70%4、工作电源：220V±15%50HZ5、安全防护（1）使用He-Ne激光器时，“+”

2、，“-”（正，负）极不要插（接）错（2）激光管的电流不要调的过高，否则容易击穿，烧毁管子。（最好接厂方给定的最佳电流）（3）激光出光后，眼睛不要直接直射观察激光点，否则容易损坏眼睛。（4）He-Ne激光管都是玻璃制品，易碎，小心轻拿轻放。调节螺钉不要拧的太紧。6、日常维护（1）外腔（或半内腔）激光管，外部活动的谐振腔，不要弄脏布儒斯特窗面，不要沾上灰尘否则不出光。（2）激光管不要放在潮湿的地方，长时间不用时，最好隔几天点燃一次（特别是夏天）时间20～30分钟。（3）半导体泵浦激光器实验装置应注意防潮，放置于比较干燥的地方。在不使用时请将仪器上盖盖好，端盖旋紧，防止灰尘进入仪器。注意：1激光对人

3、眼睛有伤害，注意眼睛不要直接对着光源。2激光器的电源电压上千伏，注意小心，不要触摸。40实验一、LD泵浦Nd:YVO4固体激光器的基本概念与主要参数测量一、实验目的与要求1、掌握LD泵浦Nd:YVO4固体激光器的基本概念与激光器的调节2、掌握连续激光器阈值概念及测量方法3、掌握连续激光器斜率效率及测量方法二、实验类型综合型三、实验原理及说明1.普通光源的发光—受激吸收和自发辐射普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收”过程。处在高能级（E2

4、）的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。辐射光子能量为这种辐射称为自发辐射。原子的自发辐射过程完全是一种随机过程，各发光原子的发光过程各自独立，互不关联，即所辐射的光在发射方向上是无规则的射向四面八方，另外未位相、偏振状态也各不相同。由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。在通常热平衡条件下，处于高能级E2上的原子数密度N2，远比处于低能级的原子数密度低，这是因为处于能级E的原子数密度N的大小时随能级E的增加而指数减小，即N∝exp(-E/kT)，这是著名的波耳兹曼分布规律。于是在上

5、、下两个能级上的原子数密度比为式中k为波耳兹曼常量，T为绝对温度。因为E2>E1，所以N2《N1。例如，已知氢原子基态能量为E1＝－13.6eV，第一激发态能量为E2=-3.4eV，在20℃时，kT≈0.025eV，则可见，在20℃40时，全部氢原子几乎都处于基态，要使原子发光，必须外界提供能量使原子到达激发态，所以普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。一般说来，这种光源所辐射光的能量是不强的，加上向四面八方发射，更使能量分散了。1.受激辐射和光的放大由量子理论知识知道，一个能级对应电子的一个能量状态。电子能量由主量子数n(n=1,2,…)决定。但是实际描写原子中电子运动状态，除能

6、量外，还有轨道角动量L和自旋角动量s，它们都是量子化的，由相应的量子数来描述。对轨道角动量，波尔曾给出了量子化公式Ln＝nh，但这不严格，因这个式子还是在把电子运动看作轨道运动基础上得到的。严格的能量量子化以及角动量量子化都应该有量子力学理论来推导。量子理论告诉我们，电子。如果选择规则不满足，则跃迁的几率很小，甚至接近零。在原子中可能存在这样一些能级，一旦电子从高能态向低能态跃迁时只能发生在l（角动量量子数）量子数相差±1的两个状态之间，这就是一种选择规则被激发到这种能级上时，由于不满足跃迁的选择规则，可使它在这种能级上的寿命很长，不易发生自发跃迁到低能级上。这种能级称为亚稳态能级。但是，在外

7、加光的诱发和刺激下可以使其迅速跃迁到低能级，并放出光子。这种过程是被“激”出来的，故称受激辐射。受激辐射的概念是爱因斯坦于1917年在推导普朗克的黑体辐射公式时，第一个提出来的。他从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性，这是激光的基础。受激辐射的过程大致如下：原子开始处于高能级E2，当一个外来光子所带的能量hυ正好为某一对能级之差E2-E1,则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1