實驗十二雷射共振腔與固體雷射相關現象.docVIP

實驗十二 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~主筆 實驗十二 雷射共振腔與固體雷射相關現象 實驗目的： 經由實驗了解雷射 固態雷射 的各個組成元件，基本工作原理及特性。 了解雷射共振腔縱模與橫模。 實驗內容： 熟悉固態雷射的組成、實驗儀器的操作。 練習調出不同的橫模。紀錄橫模變化。完成輸入-輸出特性圖。 實驗原理： 如上圖所市，E1是基態，E2、E3和E4是激發態，其中E2和E4能級的壽命短而E3能級的壽命長。在外界作用下把基態E1上的粒子抽運到E4能級，然後快速躍遷到E3能級。E3能級為雷射的上能級。在此能級，粒子停留的時間長，故粒子數多。又由於E2能級的壽命短，處於E2能級粒子也很快通過自發輻射到E1能級，所以E2能級的粒子少。這樣，在E2和 E3能級間就形成粒子數反轉，n3 n2。由於四能階系統實現粒子數反轉的下能階是E2，不像三能階系統反轉的下能階是E1，而在室溫條件下E2能級的粒子數非常少，因而粒子數反轉在四能階系統比三能階系統容易實現。像釹玻璃雷射就是屬於四能階系統的雷射器。 雷射器的三大部份為激活介質，供能系統和光學諧振腔。在本次時實驗中激活介質是釹離子。而供能系統由Semiconductor Laser提供，因為Nd;YVO4對808nm波長吸收率最大。光學諧振腔由雷射增益介質中99.5%反射率的薄膜及Output mirror所組成。 實驗器材： 幫浦源 Semiconductor Laser 溫控與電流源供應器 準直鏡片組 Collimating Lens 濾光片 Edge Filter 稜鏡對 Anamophic Prism Pairs 光纖 Optical Fiber 雷射增益介質 Gain Medium：Nd；YVO4 CCD Camera 輸出耦合鏡 Output Mirror He-Ne Laser 可調式衰減器 Variable Attenuater 圖 12-1 實驗系統 虛線以內部分，以下將以Nd雷射簡稱之 實驗步驟： 觀察實驗系統架設，熟悉各項器材。 打開半導體雷射電源供應器時，先開電流開關，再從零開始調大電流。不可先調好電流值，再打開開關。 將電源供應器關掉時，要先將輸出電流轉為零，才可以關掉。 半導體雷射要注意溫度的控制，若溫度無法降下來，要使周圍溫度降低 例如吹電風扇 ，或將溫控定在較高溫度。 裝置圖為系統去掉B.S.、Fiber、Multi-wavelength Meter 確認共振腔兩個反射面平行 先確定晶體鍍膜面垂直pumping laser 光軸 。 以晶體為校準面，先校準氦氖雷射在光軸上 看雷射光是否沿原路徑反射回去 。 再利用氦氖雷射校準輸出耦合鏡平行晶體鍍膜面 也就是垂直光軸 有四個自由度，設光軸為X方向垂直光學桌為Z方向，垂直X、Z為Y方向，還有一個自由度是以Y為軸旋轉之鏡面俯仰角 耦合面鏡用來形成共振腔的面是凹面鏡，背面是平面 。 校準耦合鏡面時 利用平面反射光校準 ，先大約使鏡面垂直光軸並調整Y、Z使氦氖雷射光大約打在鏡心，先調整俯仰角，再沿X方向前後移動，調整儀器座使X軸平行光軸，然後固定儀器座。接著若要使鏡心在光軸上，可以利用凹面之反射光校準 調整Y、Z 。 調整共振腔長度使輸出的光最強，然後調整橫模為TEM00，並檢查其偏振特性。 再細調共振腔長度，調出不同的橫模並記錄下來。 數據分析及討論： 數據分析： P.S：因為CCD Camera的方向和橫模方向垂直，所以吾人所看到的光斑圖案應該還要再旋轉90°，才是正確的光斑圖。 原點TEM00 TEM10 TEM11 5.12, 1.07, 0 5.173, 1.07, 0 5.173, 1.005, 0 TEM01 TEM20 TEM21 5.12, 1.005, 0 5.215, 1.07, 0 5.194, 1.005, 0 TEM02 TEM30 TEM31 5.12, 0.965, 0 5.246, 1.07, 0 5.217, 1.005, 0 TEM03 TEM40 TEM41 5.12, 0.950, 0 5.283, 1.07, 0 5.331, 1.005, 0 TEM04 TEM50 TEM51 5.12, 0.893, 0 5.335, 1.07, 0 5.393, 1.005, 0 TEM05 TEM60 TEM61 5.12, 0.860, 0 5.355, 1.07, 0 5.545, 1.005, 0 TEM06 TEM70 TEM14 5.12, 0.810, 0 5.40, 1.07, 0 5.156, 0.893, 0 TEM07 TEM80 TEM24 5.12, 0.76, 0 5.45, 1.07, 0 5