固体激光器谐振腔

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1、课程设计报告课程名称：课程设计设计题目：Nd:YAG固体激光器谐振腔院系：物理系班级：09光信息科学与技术2班姓名：黄国辉学号：200930461371指导老师：李润华完成时间：2012-05-05目录1设计要求对于给定一个长15cm,直径6mm的Nd:YAG棒(折射率n=1.82)和长3cm,通光口径为8mm的KD*P电光调Q晶体(n=1.51),设计一个完整的紧凑型谐振腔,要求画出结构图,给出谐振腔镜R1和R2的尺寸和总的腔长L,计算出光腰的位置,光斑尺寸大小和发散角,以及两个腔镜上的光斑尺寸.(

2、忽略热透镜效应)要求：l腔长尽量短l要给各元件留一定的安放空间l考察谐振腔的稳定性l考察谐振腔的抗扰动的能力l考察腔模的光学特征（比如发散角、束腰的半径等参数，并最佳化）l最好能用图表来说明问题。评分就是根据这些参数来看设计的优劣。l注意波长为1.064微米.2工作物质物理性质分析2.1固体工作物质基础l综述固体激光工作物质由激活离子和基质组成，激活离子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性。基质主要决定了工作物质的物理特性，化学特性。l激活离子激活离子是发光中心，离子的电子阻态中，未被填

3、满壳层的电子处于不同轨道和自旋运动状态，形成一系列能级。目前可用作激活离子的元素共有19种，可分为四类：（1）过渡族金属离子如Cr3+,Ni3+,Co3+（2）三价稀土金属离子如Nd3+,Pr3+,Sm3+（3）二阶稀土金属离子如Sn2+,Dy2+,Tm3+（4）锕系离子多为人工放射元素，不易制备l基质材料工作物质的基质材料应能为激活离子提供合适的配位场，并具有优良的机械热性能及高光学质量，常用的基质材料分为晶体和玻璃两大类2.2详述Nd3+:YAG晶体l物理与化学特性分子量硬度/莫氏熔点/oC密度/

4、(g/cm3)折射率/(lum室温)593.78-8.519504.551.82表1：YAG的基本理化特性温度/k热导率/(W.cm-1.k-1)比热/(4.18J.g-1.k-1)热扩散系数/(cm2.s-1)热膨胀系数/(10-6.k-1)dn/dt1000.5881.10.924.252000.21270.50.15.85000.13371.20.0467.57.3*10-6表2：YAG的温度特性l激光特性由图中能得出两个结论：1Nd3+:YAG为4能级系统24F3/2为亚稳态能级1.064um

5、的能级跃迁图1：Nd3+:YAG的能级结构室温下Nd3+:YAG有三条荧光谱线，中心波长和对应的能级跃迁分支比为：~0.94um(4F3/24I9/2)25%~1.06um(4F3/24I11/2)60%~1.35um(4F3/24I13/2)14%其中最强的是1.06um的荧光谱线。4F3/2向4I9/2跃迁属三能级系统，阀值高，只能在低温下才能实现激光震荡。4I11/2和4I13/2跃迁为四能级系统，阀值低，易实现激光震荡。由于1.06um谱线的荧光强度比1.35um的荧光强度强约为4赔，1.06

6、um谱线首先起振，从而抑制了1.35um谱线。所以Nd3+:YAG激光器通常只产生1.06um的激光震荡。采用选频技术可以输出1.35um。对激光辐射有贡献的主要吸收带有5条：~0.53um(4I9/24G7/2+2G9/2)~0.58um(4I9/24G5/2+2G7/2)~0.75um(4I9/24F7/2+4S3/2)~0.81um(4I9/24F5/2+2H9/2)~0.87um(4I9/24F3/2)结论：1.064um的激光是由4F3/24I11/2产生的，故泵光源发出的光集中在0.87u

7、m附近图2：Nd3+:YAG晶体在300K的吸收光谱图3：由于晶格振动造成的在1.06um处的频谱展宽（300K）