实验七固体激光器实验.PDFVIP

实验七 固体激光器实验 内容一、利用基本光学于元件，搭建连续固体激光器 （4 学时） 实验目的： 1. 了解固体激光器的基本构成 ； 2. 掌握固体激光器的调节技能 ； 3. 熟悉固体激光器的工作特性 ； 实验器材： Nd:YAG 晶体（已包含在支架内）、光学镜片 （全反和部分透射）、光学支架若干、红 光LD、808nm 泵浦LD 及其驱动电源、激光检测片、激光功率计。 实验原理： 激光介质Nd:YAG 晶体是一种常用的四能级激光介质，其能级图如图1.1 所示。晶体在 4 4 吸收了足够能量的808nm 激光能量后跃迁到能级 F ，并通过驰豫过程跃迁到 F 能级，并 5/2 3/2 4 在 F 上实现粒子数的反转，配合光学谐振腔的正反馈作用，实现光放大，最终形成激光。 3/2 图1.1 Nd:YAG 的能级示意图 图 1.2 固体激光器结构示意图 图1.2 是典型的LD 泵浦的端泵固体激光器，泵浦源采用带尾纤结构的808nmLD，输出 激光由聚焦透镜F 聚焦后入射到处于激光器谐振腔中的激光介质中，为减少光损耗，激光介 质两端通常镀上1064nm 的高透膜；采用端泵的固体激光器，输入镜M1 对泵浦光808nm 高 透，在1064nm 处高反，输出镜M2 在1064nm 处具有部分的透射能力。M1 和M2 组成激光器 的光学谐振腔，当M1 和M2 满足较好的平行度时，谐振腔将实现对光的正反馈作用，实现光 的放大，并形成激光输出。 实验步骤： 实验中，我们采用的Nd:YAG 晶体棒在其中一端已经镀上808nm 高透，1064nm 高反的光 学膜，而令一端采用了对1064nm 具有高透特性的光学膜。针对这一情况，我们可以对激光 器的结构进行如图1.3 的简化，并按照以下步骤进行： 图1.3 激光器结构示意图 图1.4 光路对准的方法 1) 固定Nd:YAG 晶体支架，并将该支架作为参考 将装有Nd:YAG 晶体的支架固定在光学平台上，晶体所在位置为整个光路的参考点； 2) 固定并调节好红光LD a) 离输出镜M 较远的地方，在激光的出光方向放置红光LD，调节红光LD 支架高度 和水平位置，使红光光点大致落在Nd:YAG 晶体端面； b) 然后仔细调节支架旋钮，使反射光回到出光口 （图1.4）； 3) 以红光LD 的输出为参照，放置输出镜 将输出镜放在Nd:YAG 输出端，调节输出镜架旋钮，使反射的红光原路返回，完成光 学谐振腔的搭建工作 （图1.4）。 4) 开启激光驱动电源，并将电流缓慢上升，用激光检测片在输出端检测是否有激光输出 观察在什么电流下，激光器开始出光。若无激光输出，则调节M 支架旋钮，直到出光 5) 将激光功率计放置在激光器出光口，调节M 支架旋钮，将激光输出功率调节到最大； 6) 缓慢增加电流，每增加0.1~0.2A 记录下激光功率大小 ，最大电流不要超过4A； 7) 缓慢减小电流直到激光没有输出，记下该电流大小； 8) 改变谐振腔腔长，将上述步骤重复一遍。 实验要点： 1) 在利用红光LD 准直光路时，应仔细地对各个光学元件进行准直； 2) 调节光学支架的旋钮时，应缓慢地进行； 实验数据处理 将实验中所测的数据，以电流大小为横坐标，激光功率为纵坐标画出图。 思考： 逐渐将激光器的输出镜移到远处，直到无论怎么调节输出镜也无法输出激光；解释为什 么激光器不再工作，并思考这时的谐振腔具有什么样的意义。 内容二、刀口法测量光束质量 （6 学时） 实验目的： 1. 通过实验熟悉高斯光束特性； 2. 掌握高功率激光光束模式的测量方法； 3. 学会模拟和计算激光器输出光束的光束质量； 4. 了解谐振腔对光束质量的影