东南大学物理实验报告.doc

精品学习资料范文 东南大学物理实验报告 篇一：东南大学 光电子物理实验报告2 激光增益的测量 一、 实验目的 1． 掌握用腔内损耗法测量激光参数的原理和方法。 2． 根据自动测试系统测得的曲线，取适当的数据，编写程序，利用计算机进行计算。 3． 通过对激光器增益等参数的测量，对激光器的工作过程有进一步的了解。 二、 实验原理 在激光器中，小信号增益系数g0、饱和光强Is、腔内损耗α和最佳输出率Topt等是决定激光器工作特性的重要参数，它们均可由实验测得，而这些参数的测量均与增益系数的测量有关。由增益系数的定义：G=ln1 lI2（1） I1 我们可以方便的利用一个激光器和一个与激光器充同样工作物质的放大管直接测出I1、I2。由放大管的长度计算出增益系数。但对于本实验所要测量的He-Ne激光管的增益系数，由于探测过程中，荧光光强的贡献不能忽略，造成很大的误差。所以本试验采用的是腔内损耗法测量He-Ne激光器的增益。因而可以消除这一误差因素，其测量装置的原理图如图1所示 图1 在两个全反射镜组成的外腔式He-Ne激光器内，置一透明的平行平板作为反射器，该反射器与腔轴相交成某一角度，在满足振荡条件的情况下，反射器两边有一定功率的激光输出。 反射器单个表面对0.6328μm的光的反射率R是入射角?的函数，由菲涅尔公式得 tg2[?-sin-1(sin?/n)] （2） R(?)=2tg[?+sin-1(sin?/n)] 其中n为平行材料对激光波长的折射率。（本实验中所用平板玻璃对λ=0.6328μm光的折射率为1.515）。 理论推导证明：在不考虑反射器本身的吸收和散射时，反射器的输出率（即来回一次在反射器表面反射的光强于入射光强之比）表示为： 1-R(?)2T(?)=1-[] （3） 1+R(?) 若将反射器绕与激光束相垂直，同时也与放电管布氏窗的法线相垂直的轴线旋转，入射角?将连续地变化，因此，该反射器将起一个反射率可变的平面耦合输出镜的作用。 定义α为激光腔除输出率以外的光学损耗（往返一次），成为内损耗，L为激活介质的长度，g0为小信号增益系数，Pout为耦合输出功率，P0s为饱和功率，由于本实验管较长，使纵模间隔小于碰撞增宽的宽度，因而其增益饱和遵循均匀综型激光器规律，故： Pout=PsT(2g0L-1) (4) α+T 由此式可知，激光器有一最佳输出率Topt，这时相应的有最大输出功率，由?P/?T=0，得Topt=[α(2g0L)]1/2-α (5) 旋转反射器，增加输出率T,从而增加谐振腔的总损耗（α+T）,使激光刚好熄灭，这时满足：Tg?Ps(2g0L-1)=0 α+Tg Tg为阈值输出率，从而得到：2g0L=α+Tg(6) 解(5)和(6)组成的方程组得：2g0L=(Tg-Topt)2 Tg-2Topt （7） 所以要测得最佳输出率Topt，再测得阈值输出率Tg,由式可得到激光器的增益，再由（6）式可计算得腔内损耗α。 由式（4）得：T-(2g0L-α- 得两根T1,T2。 则：T1+T2=2gol-α-2PP?α)T+=0 (8) PsPsP(9) Ps T1?T2=P?α(10) Ps 由(9),(10)得：T1?T2+α(T1+T2)-α(2g0L-α)=0 (11) 由(10),（11）两个线性方程可以作出直线，（如图2） 图2 由T1+T2对T1?T2所作直线的斜率可以确定腔内损耗α，再由P对T1?T2所作直线的斜 2率可以确定饱和功率Ps，则由Is=1.26Ps/πωo 可以求得饱和光强。（式中ωo为腰粗）。 另外由式（9）可以计算出小信号增益系数go。 根据这一原理，在实验时对于每一个输出功率P,可在最佳透过率两侧找到所对应输出功率的两个输出率T1和T2，从而有作图计算可得到参量α， Is和g0。 图3为平行平板转动过程中，计算机采集记录的输出曲线。P为反射器两边反射功率之和，?为入射角，?B为布儒斯特角，其值为56.2°，?opt为最佳输出率对应的入射角，?g为阈值输出率对应的入射角。 图3 三、 实验结果 1、实验曲线 将实验数据保存为数组jiguang1 ，使用如下MATLAB指令作出图像： plot(jiguang1(:,1), jiguang1 (:,2)); 根据实验原理，由图上直接读出相关参数如下： 由图可得 ?g=51.1o ?opt=53.5o