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YG激光器调Q.pdf
高年级物理实验 2009 年版本
Nd:YAG 激光器自由运转及调 Q 实验
【实验目的】
1. 了解固体激光器的结构及工作原理(自由运转和染料调Q),掌握其调整方法;
2. 了解固体激光器的主要参数的测试技术;
3. 观察调Q脉冲经过KTP晶体实现倍频现象,了解倍频中相位匹配特性。
【实验原理】
一、自由振荡
1.固体激光器组成
固体激光器主要由工作物质,泵浦光源和光学谐振腔三大部分组成。常用的
工作物质有红宝石,掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG),钛宝石等晶体和钕玻璃等。谐
振腔常用两个平面或球面反射镜。泵浦光源常用氙灯、氪灯、高压汞灯,碘钨灯。
在本实验中,激光器的主要元件为:
①工作物质:掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG);
②光学谐振腔:双氙灯,双椭圆聚光腔,重复脉冲电源;
③谐振腔镜:双色镜,部分反射镜。
2.自由振荡固体激光器的输出特性
自由振荡激光器输出激光脉冲的特点是具有尖峰结构,即由许多振幅、脉宽
和间隔作随机变化的尖峰脉冲组成。每个尖峰的宽度约为0.1~1 μs,间隔为数
微秒,脉冲序列的时间长度大致等于闪光灯泵浦持续的时间。这种现象称为激光
器的弛豫振荡。
产生弛豫振荡的主要原因是:当激光器的工作物质被泵浦,上能级的粒子反
转数超过阈值条件时,即产生激光振荡,使腔内光子密度增加而发射激光。随着
激光的发射,上能级粒子数被大量消耗,导致粒子反转数降低,当低于阈值水平
时,激光振荡就停止,这时,由于光泵的继续抽运,上能级粒子反转数重新积累,
当超过阈值时,又产生第二个脉冲,如此不断重复上述过程,直到泵浦结束。可
见每个脉冲都是在阈值附近产生的,因此脉冲的峰值功率水平较低,从这个作用
过程可以看出,增加泵浦功率也是无助于峰值功率的提高,而只会使小尖峰的个
高年级物理实验 2009 年版本
数增加。
二、调 Q 的概念
在激光技术中 ,用品质因数 Q 来描述与谐振腔损耗有关的特性。Q 值定义
为
腔内存储的激光能量
Q 2πv0
每秒损耗的能量
用 W 表示腔内存储的能量,δ表示腔的单程损耗,且设谐振腔长度为 L,工作介
质折射率n,光速c,则Q值可表示为
W 2πnL
Q 2πv0
δWc/ nL δλ
0
式中λ 为真空激光波长。由上式可见,Q 值与谐振腔损耗成反比:损耗大,则 Q
0
值高,不易起振。
三.被动染料调 Q
被动调Q是利用染料的可饱和吸收特性来完成调Q运转的。
1.可饱和吸收特性
能量为 hv 的光子入射到有机染料内,将引起燃料分子的受激吸收跃迁,染
料呈吸收状态,随着入射光强的增强,从基态E 跃迁到高能 态E (见图1a)。
1 2
随着高能态染料分子增多,此时燃料的吸收率将逐渐降低。直至跃迁处于动态平
衡,吸收等于零,吸收达到饱和,染料变为透明(见图1b)。染料的这种特性叫
饱和吸收特性,吸收饱和时对应的光强为I 为饱和光强。
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图 1 (a)
高年级物理实验
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