激光原理实验指导书（页）

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1、激光原理实验指导书燕山大学信息科学与工程学院光电子工程系2006年1月实验一Ile-Ne激光器增益与损耗的测量(1)实验二He-Ne激光器的模式分析(7)实验三声光调Q技术(15)实验四半导体激光器实验(20)实验五选频CO?激光器实验(26)实验一He・Ne激光器增益与损耗的测量一台激光器的小信号增益系数G。、腔内损耗Q是重要的激光参数，直接影响着激光器的输出功率。木实验在外腔激光器屮用全反射腔镜，在腔内插入可旋转平行板，利用平行板的反射率与入射角的关系，使激光器的输出功率随平行板的旋转角而改变。旋转平行板等效于可变透射率的输出镜。通过测量激光输出功率与等

2、效透射率的关系，获得g°与一、实验目的1.加深理解激光器增益与损耗的概念。2.掌握测量氨盘激光器小信号增益系数与损耗的原理和方法。二、实验原理1.激光输出功率与激光参数的关系当一台激光器形成稳定振荡吋，激光在腔内往返运行一・周获得的总增益等于总损耗，用公式表示为2LaG(n=a(}(1-1)式中厶“为增益介质长度，G(/)表示光强为/时的增益系数，勺为总损耗。兔包描衍射损耗，增益介质的吸收、散射损耗、腔镜的透射、吸收、散射损耗，以及布儒斯特窗片的反射、吸收、散射损耗等。为了简化把总损耗分作两部分a^=r(1-2)厂表示腔镜的透射损耗，&表示除腔镜透射损耗以外

3、的所有损耗，既除腔镜透射损耗外，激光在腔内往返运行一周光强衰减的比率。对于输出波长为632.8nm的长腔激光器来说，增益饱和规律由下式描述(1-3)Go1+l/ls式屮，G。为小信号增益系数,式得人为饱和光强。把(1-1)式、(1-2)式代入(1・3)/=/(1-4)r+a在实验中直接测量的是激光输出功率匕“，输出功率与腔内功率仇的关系为P)llf=p.To腔内激光光强与腔内激光功率的关系为I=PJA,A为光束截面积。因此(1-4)式可写成鎰十(2£-1)(1-5)T+a式中PS=ISA,为腔内饱和功率。由(1-5)式可知，激光的输出功率与饱和光强及小信号增

4、益系数成正比，只有两者均很大时，才能获得大的激光输出功率。输出功率与腔内损耗成反比，腔内损耗增大，输出功率减小。输出功率与透射率冇二次曲线关系，当透射率较小时，输出功率随透射率的增加而增大；当透射率较大时，输出功率随透射率增加血诚少。在适当透射率处，输岀功率有极大值，如图1・1所示。对应极大输出功率处的透射率叫最佳透射率嘉”，对(1-5)式求极大值可得f=(2LrtG0ez)1/2-a(1-6)q”也是激光器的重要参数，随小信号增益系数的增加而増大，当腔内损耗不太大时，最佳透射率也随腔内损耗增加而增大。TiJ01T20.2T图IT激光输出功率与透射率的关系1

5、.数据处理(1)用作图法求激光参数从图1-1可见，每个输出功率值对应两个透射率值耳、门。取(P，S)和(P，r2)分别代入(1-5)式，并消去P得(s+©)+丄中2-(2L“Go-a)=0(1・7)a在曲线上取若干个P刚值及对应的巧、卩值，作(r,+r2)-r,©直线，从直线斜率匕可得腔内损耗(1-8)a—l/kl取r,r2=0,从直线与(6+q)轴相交的截距可得G()二莎［(q+©)¥2=o+Q.(2)用极值法求激光参数“hkPout-t图上，取输出功率趋于零时的极大透射率「叭也趋于零，根据(1-5)式则有(1-9)，这时腔内的激光功率2LqGo=rmax

6、+cc(1-10)从爲-厂图上取输出功率为极大值处的等效透射率为最佳透射率兔”式和(1-6)式联立得r2a=孑max—2孑o’”G。=矿(仏+Q)用(1・10)(1-11)(1-12)三、实验仪器1.实验装置氨氛激光器参数测量系统如图1・2所示。Las图1-2实验装置示意图Las为氨氛气体放电管。SN为永磁铁氧体，对放电管产生非均匀磁场，抑制3.39〃m谱线的超辐射。M】、M2是全反射腔镜，相距1.17m,用平凹腔或非对称非共焦腔均可，本实验中两反射镜的曲率半径均为3moM是透明的平行平面镜，一般用熔石英材料，其插入损耗小，也可用玻璃材料,玻璃材料的优点是对

7、3.39“m谱线有吸收，对3.39“m的激光或超辐射有抑制作用,缺点是插入损耗比熔石英大，影响最佳透射率的准确测量。M镜要有一定的厚度，以免M镜两表而的反射光束重叠产生干涉，影响测量结果,M镜的厚度应大F2mmoSP为带刻度的转台，转角精度不低于1’，转台小心安有可调节的平台，平台而的高低及倾斜用三支螺丝调节，M镜放置在平台上，转台已固定在激光器的底座上,转轴已与放电管的管轴垂直，并与激光束和交。D］、D2为激光功率计，用來测量从M镜两表面反射的激光功率。2.M镜的等效透射率M镜的光路如图1・3所示，光束1的反射率为°,光束2和光束3的反射率为图1・3M镜光

8、路°（1-p）2,光束4的反射率为p（l-p）4,M