固体激光器的装调及静态特性.PDF

实验四 固体激光器的装调及静态特性 实验序号 No:225003 固体激光器的装调及静态特性  SolidStateLaserAlignmentandTheParameterMeasurement  S ol  i d S t at  e L as  er  A l i gn m  e n t  an d  T he  P ar  am  e t  er  Me a s  ur  em  e n t   实验简介 固体激光器一般由激光工作物质、 泵浦光源、聚光腔、光学谐振腔和控制 电源组成。常用的固体激光器有：红宝 石激光器、Nd:YAG 激光器、钕玻璃激 光器、铒激光器、钛宝石激光器等。本 实验使用的是红宝石激光器。 一、实验目的 （1）掌握固体激光器的工作原理； （2）学习固体激光器的装调； （3）掌握常用固体激光器的调整和检测仪器的使用方法； （4）测量固体激光器的静态特性。 二、实验原理 （1）固体激光器的工作原理 固体激光器主要由激光工作物质、激励泵源、聚光腔和光学谐振腔组成。 常用的固体激光工作物质有红宝石晶体、掺钕钇铝石榴石晶体（Nd：YAG）、掺 钕玻璃等。本实验中激光工作物质为红宝石晶体，它的激活离子是红宝石中的 三价铬离子，激光输出的波长为 694.3nm。 19  红宝石中铬离子产生受激辐射的能级如图 4—1 所示。 当光泵的光照射红宝 4 4 4 石时，则处于基态能级 A 的铬离子就吸收光泵的能量跃迁到能级 F 和 F 上。 2 2 1 2 2 再经过非辐射跃迁的形式跃迁到 E 上。 E 是亚稳态，具有较长的能级寿命，平 2 均寿命约为 3 毫秒。激发离子可在 E 上积聚起来，从而实现粒子数反转，每当 光通过处于粒子数反转状态的红宝石棒时，由于受激辐射，光得到放大。因为 2 2  2  4 4 能级 E 分离成为 A和E 两个能级，从 A 至 A 和E 至 A 的跃迁分别发射 2 2 2  692.9nm 和 694.3nm 的光。不过，由于能级E 的平均寿命比能级 A 的平均寿命 稍长， 以及E 处于较低能级位置上等原因， 所以通常红宝石激光器输出的是E 至 4 A 跃迁的 694.3nm。 2 3 +  红宝石 （AlO :C  ）的能级为三能级系统，它与四能级系统的掺钕钇铝石 2 3 r  榴石和掺钕玻璃相比有较高的光泵阈值。红宝石激光器的输出受温度影响大， 在室温下主要是脉冲工作。 一般结构的固体激光器称为静态激光器，理论与实验表明，它输出的脉冲 并不是一个平滑的脉冲，而是一群只有微秒量级的尖峰脉冲序列，如图 4—2 所示，人们称这种现象为激光驰豫振荡或尖峰振荡。激光驰豫振荡的产生机理 可定性地解释为当粒子反转数△n 达到并稍超过阈值时，开始产生激光。受激 辐射使粒子反转数△n 下降，当△n 下降到阈值时，激光脉冲达到峰值。△n 小 于阈值，增益小于损耗，所以光子数减少。但随着