脉冲固体激光器特性参数测量课件.ppt

光在谐振腔内来回反射的过程中，一方面激活介质，使受激辐射持续发生，光得到增益光强变大；另一方面，光在镜面上的反射、透射和衍射等会产生光能损耗，使光强变小。增益必须大于损耗，这样光在谐振腔内来回反射时，其光强才能不断增大，最后才有稳定的激光输出。 * 实验1-4 脉冲固体激光器基本特性参数测量 近代物理实验室 理学院物理与光电工程系 爱因斯坦 自发吸收 自发辐射 受激辐射 爱因斯坦提出的产生激光的基本原理 ——自发吸收，自发辐射和受激辐射过程，以及粒子数反转 原子能级跃迁的三种过程 粒子数反转和受激辐射 基态 亚稳态 激发态 激光器 激光与全息技术 1960年，T.H.西奥多·梅曼制成了第一台红宝石激光器。 1961年，伊朗科学家A.贾文等人制成了氦氖激光器。 1962年，R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。 2013年，南非科学与工业研究委员会国家激光中心研究人员开发出世界首个数字激光器，开辟了激光应用的新前景。 激光核聚变 激光核聚变过程 美国激光核聚变装置 中国的磁约束核聚变装置（人造太阳） 【实验目的】 1. 了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。 2. 测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。 3. 测定激光器输出光束的发散角。 【实验原理】 （1）粒子数反转 一、实现激光的条件 谐振腔的光放大和选频功能 （2）光学谐振腔和工作物质 亚稳态 基态 光源原子分子的能级有宽度 谐振腔的选频 n是输出的激光频率 （3）阈值条件 光在谐振腔中来回一次在激活介质中所获得的增益足以补充由各种因素所导致的光的损耗的临界条件称为阈值条件。产生激光的阈值条件为 R1和R2是谐振腔两端反射镜的光强反射率（包括反射镜的吸收，透射和衍射损失），l是激活介质的长度，G是激活介质的增益系数 ，意义为：频率为ν的单色光在激活介质中传播单位距离所增加的光强的百分比。 最小值 合适的工作物质，激励源和谐振腔，满足阈值条件。 产生激光的条件 激光器的组成 1.工作物质 2.激励源 3.谐振腔镜 三个组成部分 1. 受激辐射 2. 粒子数反转分布 3. 激光谐振腔 二. 脉冲固体激光器的基本结构和工作原理 Nd:YAG固体脉冲激光器结构 Nd:YAG晶体的能级结构 工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd3+:YAG） 激励源：脉冲氙灯 亚稳态 输出的激光以1.06mm波长为主 三. 脉冲固体激光器的输出特性 输出特性曲线是指激光器的输出能量与输入能量之间的关系曲线。 1. 输出特性曲线 激光束的发散 激光束通过透镜后所成的像 2. 发射角 【实验器材】 Nd:YAG固体脉冲激光器，He-Ne激光器，能量计，会聚透镜，底片纸，读数显微镜。 【实验内容】 1.调整激光器的谐振腔 用He-Ne激光管调整固体脉冲激光器谐振腔 2. 测量输入、输出能量 充电电压从900V或950V开始，逐次下降，每隔50V测一个点，分别计算输入能量 、输出能量 ，以 为横坐标、 为纵坐标，画出E出-E入曲线，从而计算出绝对效率 和斜效率 ，并画出 - E出及 - E入曲线。 3. 测量发散角 输出激光经透镜聚焦，在透镜的焦平面上放置一屏，上面固定一张黑色相纸。在调节好位置后，打出三个聚焦烧蚀斑点，用读数显微镜测出斑点直径D，用公式 算出发散角。 【预习要求】 1. 光和原子体系相互作用的三个基本过程是什么？ 2. 产生激光的必要条件是什么？ 3. 谐振腔的作用是什么？ 4. YAG固体脉冲激光器的工作原理是什么？ 5. 什么是绝对效率和斜效率？如何测量？ 6. 如何测量激光的发散角？ 脉冲固体激光器特性参数测量课件. 谢谢 一般经十次以上倍增微通道板的放大倍数 于原子分子的能级有一定的宽度,因而受激辐射产生的光的波长和频率有一个范围,由于谐振腔是F-P干涉仪, 因此受激辐射产生的光中有些波长的光在输出时干涉加强,有些干涉减弱,干涉加强的光满足: * 一般经十次以上倍增微通道板的放大倍数 于原子分子的能级有一定的宽度,因而受激辐射产生的光的波长和频率有一个范围,由于谐振腔是F-P干涉仪, 因此受激辐射产生的光中有些波长的光在输出时干涉加强,有些干涉减弱,干涉加强的光满足: * 光在谐振腔内来回反射的过程中，一方面激活介质，使受激辐射持续发生，光得到增益光强变大；另一方面，光在镜面上的反射、透射和衍射等会产生光能损耗，使光强变小。增益必须大于损耗，这样光在谐振腔内来回反射时，其光强才能不断增大