RLECA灯泵YAG激光调Q综合实验.doc

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灯泵YAG激光调Q综合实验 RLE-CA0 实 验 讲 义 灯泵YAG激光调Q综合实验 1 实验目的 1 实验原理 1 注意事项 3 实验内容 7 灯泵YAG激光器谐振腔调谐实验 7 灯泵YAG激光器参数测量实验 8 激光器腔镜最佳输出透过率选取实验 9 退压电光调Q实验 10 升压电光调Q实验 11 调Q脉冲参数测量实验 12 激光倍频实验 13 灯泵YAG激光调Q综合实验实验目的 掌握电光Q固体激光器的基本原理和基本结构; 了解电光Q固体激光器的输出特性 掌握电光Q固体激光器主要输出参数的测试方法1、掌握Nd3+:YAG激光器的工作原理 注意:本实验输出的激光为高峰值功率脉冲激光,做本实验前必须佩戴对防护1064nm和532nm激光的防护眼镜。 实验原理 调技术是获得短脉冲高峰值功率激光输出的重要方法。一般情况下,自由运转的脉冲激光器输出的激光脉冲的脉宽在几百微秒到几毫秒之间,峰值功率也较低。为了获得高峰值功率的激光输出,人们发明了调技术。 激光器调的概念 激光器的值又称品质因数,是表征激光谐振腔的腔内损耗一个重要参数,其定义为腔内贮存的能量与每秒钟损耗的能量之比:1) 式中为激光的中心频率。 假定腔内贮存的激光能量为,光在腔内走一个单程能量的损耗率为,则光在一个单程中对应的损耗能量为。如果谐振腔长度为,则光在腔内走一个单程所需时间为其中为折射率,为光速。因此光在腔内每秒钟损耗的能量为,值可表示为 (2) 式中为真空中激光波长。由公式2)可知,值与损耗率成反比变化,即损耗大值就低,损耗小值就高。 由于固体激光器存在弛豫振荡现象,产生了功率在阈值附近起伏的尖峰脉冲序列,从而阻碍了激光脉冲峰值功率的提高。如果我们设法在泵浦开始时使谐振腔内的损耗增大,即提高振荡阈值,使振荡不能形成,激光工作物质上能级的粒子数大量积累。当积累到最大值(饱和值时),突然使腔内损耗变小,值突增。这时腔内会像雪崩一样以极快的速度建立起极强振荡,在短时间内反转粒子数大量被消耗,转变为腔内的光能量,并在前腔镜端输出一个极强的激光脉冲,其脉宽窄(10-6~10-9s量级),峰值功率高(大于MW),通常把这种光脉冲称为巨脉冲。由于调节腔内的损耗实际上是调节值,因此这种产生巨脉冲的技术被称为调技术,也称为开关技术。 谐振腔的损耗一般包括有反射损耗、吸收损耗、衍射损耗、散射损耗和输出损耗等。用不同的方法去控制不同的损耗就形成了不同的调技术,如控制反射损耗的有转镜调技术和电光调技术,控制吸收损耗的可饱和吸收体调技术、控制衍射损耗的声光调技术、控制输出损耗的透射式调技术等。 本实验主要研究灯泵固体激光器的电光调技术,所用的开关利用晶体的电光效应制成,具有开关速度快、脉冲峰值功率高、脉冲宽度窄、器件输出功率稳定性较好等优点,是一种已获广泛应用的调技术。另外,本实验也简单了解可饱和吸收体调技术。 晶类,光轴C与主轴z重和,未加电场时,在主轴坐标系中KTP晶体的折射率椭球方程为 (3) 其中no、ne分别为寻常光和异常光的折射率。加电场后,由于晶体对称性的影响,晶类只有、两个独立的线性电光系数。是电场方向平行于光轴的电光系数,是电场方向垂直于光轴的电光系数。KTP晶体外加电场后的折射率椭球方程是 (4) 当只在KTP晶体光轴z方向加电场时上式变成 (5) 经坐标变换,可求出此时在三个感应主轴上的主折射率 (6) 当光沿KDP光轴z方向传播时,在感应主轴两方向偏振的光波分量由于晶体在这两者方向上的折射率不同,经过长度为的晶体后产生位相差 (7) 式中为加在晶体z向两端的直流电压。 使光波两个分量产生相位差(光程差)所需要加的电压为 (8) KTP晶体的电光系数。对于、KTP晶体的左右。 (2)带起偏器的电光调Q原理 带起偏器的KTP电光Q开关是一种应用较广泛的电光晶体调Q装置,实验装置如图所示。KTP晶体具有纵向电光系数大,抗破坏阈值高的特点,但易潮解,故需要放在密封盒子内使用。通常采用纵向方式,即z向加压,z向通光。 前腔镜 小孔 Nd:YAG晶体 偏振片 电光晶体 后腔镜 He-Ne激光器 图1带起偏器

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