脉冲固体激光器静态特性及染料调Q技术课件.ppt

《脉冲固体激光器静态特性及染料调Q技术课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、脉冲固体激光器静态特性及染料调Q技术实验内容与目的熟悉和深入理解脉冲固体激光器与染料调Q的工作原理测试脉冲固体固体激光器的静态输出特性，了解谐振腔参数对激光器性能的影响，掌握其调试方法。测试染料调Q激光器的输出特性，了解染料浓度对激光输出的影响。固体激光器的基本结构激光工作物资聚光腔光学谐振腔调Q元件Nd:YAG晶体能级图在本实验中激光器工作在1064nm波长，Nd3+在各个能级间跃迁如右图所示。激光产生原理在平衡状态，激光上能级粒子数小于下能级粒子数，因此不能形成光放大。在外界激励下，可以使激光上能级粒子数大于下能级粒子数，从而形成粒子数反转分布。处于粒子数反转分布状态的物质称为激活介质。

2、激光产生原理当光通过激活介质时会被放大，这种放大作用的大小通常用增益系数来描述，它表示光通过单位长度激活介质后光强增长的百分比。光通过激活介质是会有损耗，损耗的大小可以用损耗系数来表示，它表示光通过单位长度激活介质后光强下降的百分比。当增益大于损耗时，激光器能够产生自激振荡，形成激光输出。静态固体激光器输出特性一般结构的固体激光器称为静态激光器。大量实验表明，脉冲泵浦的静态固体激光器输出是由一连串不规则振荡的尖峰脉冲构成的，这种现象称为激光的驰豫振荡。调Q原理固体激光器的驰豫振荡限制了输出功率，在一些要求高峰值功率和窄脉宽激光输出的应用中无法使用。采用调Q可以容易地获得峰值功率高于兆瓦，脉宽为

3、几十纳秒的激光巨脉冲。调Q技术是通过某种方式使激光谐振腔的Q值产生突变，使受激辐射在很短的时间内建立并达到最大值。常用的调Q方法有电光调Q、声光调Q和染料调Q，本实验采用的是染料调Q技术。染料调Q技术原理染料Q开关是利用有机染料的饱和吸收特性形成的。有机染料是一种非线性吸收介质，在弱光时吸收系数高，在较强激光作用下由于吸收饱和而对激光透明（又称漂白效应）。将染料薄膜放置于谐振腔中，在光泵激励刚开始时，工作物质发出较弱的荧光，染料吸收很强，Q值很低，粒子在上能级积累，反转粒子数大大提高。当腔内工作物质的荧光变强时，染料的吸收达到饱和值，光可以全部透过，这时，腔内Q值升高，形成巨脉冲输出。当反转粒

4、子数被消耗掉后，腔内光强下降，染料吸收再次上升，腔内Q值下降，开始一个新的循环。染料调Q激光器的输出特性曲线染料激光器输出特性染料的浓度（即初始透过率）越大，调Q激光器的阈值越高，输出激光的巨脉冲峰值功率也高；浓度小，阈值低，峰值功率也低。染料的浓度会影响调Q激光器的动静比，即同一台激光器在相同的输入能量下，调Q（即动态）时单脉冲输出能量与没调Q（即静态）时单脉冲能量之比。染料调Q激光器存在一个最佳的初始透过率，在这个透过率下动静比最高。实验所用的仪器设备脉冲Nd:YAG激光器一台1064nm全反镜片一片不同透过率的输出镜片若干（透过率分别为30%，50%，80%）不同浓度染料片若干（初始透过

5、率分别为15%，30%，50%）氦氖激光器一台激光能量计一台实验内容静态时，不同透过率的输出镜对激光器纯效率和斜率效率的影响，做出其曲线族，确定该激光器的最佳输出镜透过率。动态时，选取不同的输入能量测量输出-输入曲线；测量动静比，并找到该激光器的最佳染料初始透过率和相应的最佳输出镜透过率。实验步骤实验前，打开水泵，使激光器处于循环水冷状态。用氦氖激光器将固体激光器调整准直。换输出镜片时，注意不要污染镜面。做动态实验时，先调整静态激光，然后插入染料片，再微调腔，染料片不需要与谐振腔严格平行。做动态实验时，染料Q开关所承受的开关重复率不得大于每秒一次，能量一般不大于50mJ。问题及讨论1.激光器在

6、静态和动态运行时,在脉宽和能量上有什么区别?引起的原因是什么?2.在调Q的过程中,染料片的透过率是如何变化的?3.为什么激光器的输出镜存在一个最佳的透过率?在实验中,你是如何确定这个最佳透过率的.