激光原理实验指导书.docx

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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。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1月资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。目录一He-Ne激光器增益与耗的量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)二He-Ne激光器的模式分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(7)三声光Q技⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(15)四半体激光器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(20)五选频CO2激光器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(26)资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。实验一He-Ne激光器增益与损耗的测量一台激光器的小

2、信号增益系数G0、腔内损耗是重要的激光参数,直接影响着激光器的输出功率。本实验在外腔激光器中用全反射腔镜,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。经过测量激光输出功率与等效透射率的关系,获得G0与。一、实验目的1．加深理解激光器增益与损耗的概念。2．掌握测量氦氖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时,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(I)0(1-1)式中La为增益介质长度,G(I

3、)表示光强为I时的增益系数,0为总损耗。0包括衍射损耗,增益介质的吸收、布儒斯特窗片的反射、吸收、散射损耗、腔镜的透射、吸收、散射损耗,散射损耗等。为了简化把总损耗分作两部分以及0=+(1-2)表示腔镜的透射损耗,表示除腔镜透射损耗以外的所有损耗耗外,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,既除腔镜透射损632.8nm的长腔资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。激光器来说,增益饱和规律由下式描述G0G(I)=(1-3)1IIs式中,G0为小信号增益系数,Is为饱和光强。把(1-1)式、(1-2)式代入(1-3)式得IIs(2LaG

4、01)(1-4)在实验中直接测量的是激光输出功率Pout,输出功率与腔内功率P0的关系为Pout=P0。腔内激光光强与腔内激光功率的关系为IP0A,A为光束截面积。因此(1-4)式可写成PoutPs2LaG01)(1-5)(式中PsIsA,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。输出功率与透射率有二次曲线关系,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而减少。在适当透射率处,输出功率有极大值,如图1-1所示。

5、对应极大输出功率处的透射率叫最佳透射率opt,对(1-5)式求极大值可得opt(2LaG0)12(1-6)opt也是激光器的重要参数,随小信号增益系数的增加而增大,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。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图1-1激光输出功率与透射率的关系2．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1、2。取(P,1)和(P,2)分别代入(1-5)式,并消去P得(11(2LaG0)0(1-7)2)12在曲线上取若干个Pout值及对应的1、2值,作(12)-12直线,从直线斜率k1可得腔内损耗1

6、k1(1-8)取12=0,从直线与(1+2)轴相交的截距可得G01(1-9)(12)1202La资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。(2)用极值法求激光参数从Pout图上,取输出功率趋于零时的极大透射率max,这时腔内的激光功率也趋于零,根据(1-5)式则有2LaG0max(1-10)从Pout图上取输出功率为极大值处的等效透射率为最佳透射率opt,用(1-10)式和(1-6)式联立得2optmax2opt(1-11)G01(max)(1-12)2La三、实验仪器1．实验装置氦氖激光器参数测量系统如图1-2所示。图1-2实验装置示意图资料内容仅供您学习参考，如有

7、不当或者侵权，请联系改正或者删除。Las为氦氖气体放电管。SN为永磁铁氧体,对放电管产生非均匀磁场,抑制3.39m谱线的超辐射。M1、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3m。M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3.39m谱线有吸收,对3.39m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