灯泵YAG激光器综合实验.PDF

灯泵 YAG 激光器综合实验 引言 本实验装置采用具有连续光谱的闪光灯照射 Nd3+ ：YAG 晶体，Nd 离子就从基态 E 跃迁至 1 激发态 E 4 5/2 4 的一系列能级，其中最低的两个能级为 F 和 F ，相应于中心波长为 0.81μm 和 4 7/2 0.75μm 的两个光谱吸收带。由于 E 3+ 4 的寿命仅约为 1ns，所以受激的 Nd 离子绝大部分都经 过无辐射跃迁转移到了 E 态。E 是一个亚稳态，寿命长达 250—500μs，很容易获得粒子数 3 3 积累。E 态的寿命为 50ns，即使有粒子处在 E ，也会很快地弛豫到 E 。因此，相对 E 而言， 2 2 1 3 E 态上几乎没有粒子。这样，就在 E 和 E 之间造成了粒子数反转。正是 E —E 的受激辐射 2 3 2 3 2 在激光谐振腔中得到增益而形成了激光，其波长为 1.064μm。只要泵浦光存在，Nd3+离子的 能态就总是处在 E —E 一 E 一E 一E 的循环之中，这是一个典型的四能级系统。 1 4 3 2 1 一、实验目的 1、掌握电光Q 开关的原理及调试方法。 2、学会电光Q 开关装置的调试及主要参数的测试。 二、实验原理 调Q 技术的发展和应用，是激光发展史上的一个重要突破。一般的固体脉冲激光器输出 的光脉冲，其脉宽持续在几 us 甚至几 ms,其峰值功率也只有 kw 级水平，因此，压缩脉宽， 增大峰值功率一直是激光技术所需解决的重要课题。调 Q 技术就是为了适应这种要求而发展 起来的。 调 Q 基本概念 ：用品质因数 Q 值来衡量激光器光学谐振腔的质量优劣，是对腔内损耗 的一个量度。 调 Q 技术中，品质因数 Q 定义为腔内贮存的能量与每秒钟损耗的能量之比，可表达为： 腔内贮存的激光能量 Q 2πν0 每秒钟损耗的激光能量 式中 v0 为激光的中心频率。 如用 E 表示腔内贮存的激光能量，γ为光在腔内走一个单程能量的损耗率．那么光在这 一单程中对应的损耗能量为γE。用 L 表示腔长；n 为折射率；c 为光速。则光在腔内走一个 单程所用时间为 nL／c。由此，光在腔内每秒钟损耗的能量为γEc/nL.这样 Q 值可表示为 E 2πnL Q 2πν0 γEc / nL γλ0 式中λ为真空中激光波长。可见 Q 值与损耗率总是成反比变化的，即损耗大 Q 值就低； 损耗小 Q 值就高。 固体激光器由于存在弛豫振荡现象，产生了功率在阈值附近起伏的尖蜂脉冲序列，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，振荡不能形成，使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，Q 值突增。这时，腔内会像雪崩一样以飞快的速度建立起 极强的振荡，在短时间内反转粒子数大量被消耗，转变为腔内的光能量，并在透反镜端面耦 合输出一个极强的激光脉冲。通常把