激光原理实验介绍.doc

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1、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一Nd3+:YAG激光器的安装与调试一、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。3、要求将激光器调整到有最佳输出状态。二、仪器设备YAG棒脉冲氙灯半反镜透过率激光电源水冷设备光学平台及支架黑相纸红光LED指示光源光源小孔光阑三、实验原理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。本实验用激光器，泵灯为脉冲氙灯，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

2、集中照射到工作物质上，从而提高激光器的总体效率。储能电容c=100mF。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E20.75mm0.81mmE1E3E4图2、Nd3+离子能级图Nd3+: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Nd3+离子，是四能级结构，在光泵作用下，处于基态E1的大量粒子被抽运到E4能级。由于E4能级寿命很短，约10-8s

3、，因而很快弛豫到E3能级。E3能级是个亚稳态，寿命在10-3～10-4s，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n32=（E3-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E3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，方向相同，偏振态相同，因而使腔内同频同方向光辐射增强，最终形成激光输出。1、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。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

4、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，电容中的能量开始向通道内释放，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，经过一段时间后，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明它是一种非线性过程。氙灯闪光时间与时间常数T=(LC)1/2有关，L、C分别为回路的电感量与电容量。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

5、功率，严重时会导致没有激光输出。-图3、脉冲氙灯电源电路原理图电源通过限流电阻R向储能电容充电。若储能电容器的容量为C0，充电电压为V，则电容器所储存的能量为：E=(1/2)C0V2（1）由于C0上的充电电压低于氙灯的自闪电压，氙灯不会自行闪光，需要外触发来加以引导（外触法电压一般都在万伏以上）。2、自由振荡固体激光器的输出特性自由振荡固体激光器输出激光脉冲的特点是具有尖峰结构，它由一连串不规则振荡尖脉冲组成。泵浦功率越高，窄脉冲之间的时间间隔越小，脉冲个数越多。这种现象被称为弛豫振荡效应。四、实验内容1、熟悉Nd3+:YAG激光器的结构，仔细观察激光器主要部件的结构。2、安装好反射

6、镜与LED指示光源。3、调节LED指示光源，使其与介质棒轴线重合。1、分别调节两块反射镜支架上的螺钉，使镜面反射光点从小孔返回。2、打开电源锁，这时水冷开始工作。按下予燃按钮，灯亮；再按下工作电压按钮，灯亮；调电压至900V左右（不能超过1000V），这时应该有激光输出，但很弱。3、将重复频率调至1次/秒，分别仔细调整两块反射镜调节螺钉，使输出脉冲达最强。实验二Nd3+:YAG激光器参数测量一、实验目的通过对阈值和转换效率的测量，学会能量计的使用，进一步理解激光器能量转换的环节，输入对输出的影响，以及谐振腔对激光输出的控制作用。二、实验仪器设备YAG多功能激光实验系统LE-1B型能量

7、计三、实验原理1、阈值当激光工作物质中大量Nd3+吸收氙灯光能跃迁到E3能级而形成E3与E2间粒子数反转分布状态时，就为产生激光创造了必要条件，但这还不一定能真正出激光，只有当光在谐振腔中来回反射，受激辐射使光在谐振腔中的增益大于损耗时，光在腔内才能形成激光振荡。所谓“阈值”就是在已确定的实验条件下，使激光器刚好能出激光，这时电源所提供给氙灯的最小能量值。在实际应用中，总希望激光器的能量阈值低一些为好。为达此目的，就要选择量子效率高的激光工作物质；选择电光