脉冲固体激光器特性参数测量课件
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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
1 Gm (v) ln( R1 R2 ) 2l
产生激光的条件
合适的工作物质，激励源和谐振腔，满足阈值条件。
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
爱因斯坦 激发态 亚稳态 自发吸收 自发辐射 受激辐射
基态 粒子数反转和受激辐射
原子能级跃迁的三种过程
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。
三. 脉冲固体激光器的输出特性 1. 输出特性曲线 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。
2. 发射角
激光束的发散
激光束通过透镜后所成的像
【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
激光器的组成
1. 受激辐射 2. 粒子数反转分布 3. 激光谐振腔 1.工作物质 2.激励源 3.谐振腔镜
三个组成部分
二. 脉冲固体激光器的基本结构和工作原理
亚稳态
Nd:YAG固体脉冲激光器结构 工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd3+:YAG）
激励源：脉冲氙灯 输出的激光以1.06mm波长为主 Nd:YAG晶体的能级结构
激光器
激光与全息技术
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。
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
D f
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？
【实验原理】
一、实现激光的条件 （1）粒子数反转
（2）光学谐振腔和工作物质
谐振腔的光放大和选频功能
亚稳态
谐振腔的选频
基态
2nh , m
=
mc 2nh
m=0,1,2.....
光源原子分子的能级有宽度
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 dI ( z ) 2Gl G ( ) R1R2e 1 I ( z )dz
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 斜 ，并画出 - E出及 斜 - 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
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
1 Gm (v) ln( R1 R2 ) 2l
产生激光的条件
合适的工作物质，激励源和谐振腔，满足阈值条件。
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
爱因斯坦 激发态 亚稳态 自发吸收 自发辐射 受激辐射
基态 粒子数反转和受激辐射
原子能级跃迁的三种过程
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。
三. 脉冲固体激光器的输出特性 1. 输出特性曲线 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。
2. 发射角
激光束的发散
激光束通过透镜后所成的像
【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
激光器的组成
1. 受激辐射 2. 粒子数反转分布 3. 激光谐振腔 1.工作物质 2.激励源 3.谐振腔镜
三个组成部分
二. 脉冲固体激光器的基本结构和工作原理
亚稳态
Nd:YAG固体脉冲激光器结构 工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd3+:YAG）
激励源：脉冲氙灯 输出的激光以1.06mm波长为主 Nd:YAG晶体的能级结构
激光器
激光与全息技术
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。
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
D f
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？
【实验原理】
一、实现激光的条件 （1）粒子数反转
（2）光学谐振腔和工作物质
谐振腔的光放大和选频功能
亚稳态
谐振腔的选频
基态
2nh , m
=
mc 2nh
m=0,1,2.....
光源原子分子的能级有宽度
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 dI ( z ) 2Gl G ( ) R1R2e 1 I ( z )dz
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 斜 ，并画出 - E出及 斜 - 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