固体激光倍频、调Q实验
声光调Q技术
声光调Q技术一、实验目的：1、掌握固体激光器的工作原理；2、掌握声光调Q和倍频的原理；3、掌握GPF-NG-Ⅰ型声光调Q激光器的调节技术。
二、实验仪器：GPF-NG-Ⅰ型声光调Q激光器、激光冷水机，GTDC1220电流源，QSD-2750声光调Q驱动器。
三、实验原理：本实验采用的是掺钕钇铝石榴石晶体（Nd3+:Y AG）固体激光器，工作物质是由钇铝石榴石（YAG）单晶掺入适量的三价稀土离子Nd3+构成的掺钕钇铝石榴石晶体（Nd3+:YAG）。
采用半导体激光器激励方式将处于基态的粒子抽运到激发态，以形成粒子数反转状态，输出波长分别为532nm、1064nm两种激光。
谐振腔采用全外腔形式。
调Q方式为声光调Q，冷却方式为水冷。
下面将依次介绍。
1、激光器的基本结构一般激光器都是由三个基本的组成部分，即工作物质、激励源和光学谐振腔，如（图1）所示。
工作物质用来产生受激辐射，它是激光器的核心。
激励源用来激励工作物质建立粒子数反转，产生受激辐射。
光学谐振腔是用来维持受激辐射的持续振荡，以获得进一步的增益，从而得到高强度的激光输出。
全反射镜聚光器半反射镜激光工作物质灯电源图1 固体激光器结构示意图1、工作物质在激光器中，工作物质是决定激光器性能的关键部件。
固体激光工作物质被称为固体激光器的心脏。
的激活离子。
2、光泵光源固体激光材料具有比较宽的吸收带，这就为用光照来激励激活粒子创造了条件。
由于固体激光器的工作物质是靠外界光照使粒子激发到高能态的。
所以又称这种激发作用为光泵。
由阈值条件可计算出最低需要多少能量（或功率）才能使激光器振荡，也可以通过实验测得阈值泵浦能量。
因为计算得到的是理想的情况，所以一般都是通过实验来测量。
3、聚光器泵灯发光的空间特性是四面八方发射光辐射。
当泵光激励工作物质时，希望把各个方向的发射光都有效的集中到工作物质上，为此一般都是灯和棒外面加一个罩，罩的形状要适应灯和棒的匹配要求，这种装置称为聚光器，又叫聚光腔。
全固态调Q激光器的实验设计
全固态调Q激光器的实验设计1激光器实验设计为了使毫无激光调节经验的学生能够尽快上手，实验采用简单的平凹谐振腔结构，研究激光谐振腔与可饱和吸收体对被动调Q激光输出特性的影响．实验装置如图1所示．泵浦源采用光纤耦合输出的激光二极管(Co-herent，FAPSystem)，光学系统压缩比为1．8∶1．输入镜M1是有一定曲率半径的凹面镜，一面镀有808nm的增透膜，另一面镀808nm的增透膜和1064nm的高反膜;输出镜M2是平面反射镜．激光工作物质为Nd：LuVO4晶体，尺寸为3×3×5mm3，Nd3+的掺杂浓度为0．5at．%．激光晶体两个3×3m m2的端面均镀有808nm和1064nm增透膜用以减少谐振腔的损耗．装置中，晶体用铟箔包裹并置于铜块中，铜块通过水循环和温控半导体致冷片进行致冷，晶体温度控制在20℃左右．激光晶体应尽量靠近输入镜M1放置以减小空间烧孔效应．调制元件为直径2cm左右的GaAs薄片，在1064nm处的小信号透过率T0分别为95．7%，92．6%和93．9%，靠近输出镜放置．实验激光的输出特性由功率计和示波器测量，选用带宽为500MHz的数字示波器(Tek-tronixInc．，USA)测量和记录波形情况，用MAX500AD激光功率计测量平均输出功率(Coherent，USA)．实验中先对学生讲解全固态激光器的优点以及具体用途，使学生充分认识到研究固体激光器的重要意义．然后讲解脉冲激光器的原理与分类，重点介绍实验中用到的调Q脉冲产生的原理．由于学生对于激光器的内部结构缺少直观认识，于是讲解从激光器的基本结构出发，介绍实验所需要的仪器以及具体的组建调节方法，让学生掌握探测设备(数字示波器和激光功率计)的基本原理和操作方法．2激光器参数对输出特性影响的实验设计2．1激光谐振腔稳定输出验证实验使用的是平凹腔结构．该腔型容易形成稳定的输出模，同时具有高的光光转换效率，有利于学生观察实验现象，但是腔型设计时必须考虑模式匹配和稳定输出问题．如图1所示，输入镜M1的曲率半径为Ｒ，输出镜M2的曲率半径为Ｒ'，腔长为L，则平凹腔中的g参数为。
声光调Q倍频YAG激光器实验
实验十二声光调Q倍频YAG激光器实验一、实验目的<1）掌握声光调Q连续激光器及其倍频的工作原理；<2）学习声光调Q倍频激光器的调整方法；<3）了解声光调Q固体激光器的静态和动态特性，并掌握测试方法；<4）学习倍频激光器的调整方法。
二、实验原理声光调Q倍频连续YAG激光器的工作原理<1）声光调Q基本原理：图12-1 声光调制器工作原理声光调制器是由石英晶体、铌酸锂、或重火石玻璃做为声光介质，通过电声换能器<压电晶体）将超声波耦合进去，在声光介质中产生超声波光栅。
超声波光栅将介质的折射率进行周期性调制，从而进一步形成折射率体光栅。
如图12-1所示。
光栅公式如下式b5E2RGbCAP<1）式<1）中，为声光介质中的超声波波长，为布拉格衍射角，为入射光波波长，为声光介质的折射率。
当入射光以布拉格角入射时，出射光将被介质中的体光栅衍射到一级衍射最大方向上。
利用声光介质的这种性质，可以对激光谐振腔内的光束方向进行调制。
当加入声光调制信号时，光束偏转出腔外，不能在腔内形成振荡，即此时为高损耗腔。
在此期间泵浦灯注入给激活介质<激光晶体）的能量储存在激光上能级，形成高反转粒子数。
当去掉声光调制信号时，光束不被偏转，在腔内往返，形成激光振荡。
由于前面积累的高反转粒子数远远超过激光阈值，所以瞬时形成脉冲激光输出，从而形成窄脉宽、高能量的激光脉冲。
声光调Q激光器工作在几千周到几十千周的调制频率下，所以可以获得高重复率、高平均功率的激光输出。
p1EanqFDPw<2）倍频器件工作原理：图12-2 倍频晶体折射率椭球及通光方向示意图由于晶体中存在色散现象，所以在倍频晶体中的通光方向上，基频光与倍频光所经历的折射率与是不同的。
图12-3给出了一个单轴晶体的色散及1064nm倍频匹配点的折射率关系曲线。
DXDiTa9E3dR e f r a g t i v e I n d e x l (m m)图12-3 单轴晶体色散曲线及倍频原理示意图图12-3中的实线代表了寻常光的折射率，点划线代表了非常光的折射率，中间的点线则代表了非常光在改变入射光角度时得到的折射率。
固体激光原理与技术综合实验
固体激光原理与技术综合实验半导体泵浦固体激光器（Diode-Pumped solid-state Laser，DPL），是以激光二极管（LD）代替闪光灯泵浦固体激光介质的固体激光器，具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点，在光通信、激光雷达、激光医学、激光加工等方面有巨大应用前景，是未来固体激光器的发展方向。
本实验的目的是了解并掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理、构成和调试技术，以及调Q、倍频等激光技术的原理和应用。
实验一半导体泵浦光源特性测量实验【实验目的】1．掌握半导体泵浦激光器的原理2．掌握半导体泵浦激光器的使用方法【实验仪器】半导体泵浦激光器、激光功率计、机械调整部件【实验原理】上世纪80年代起，生长半导体激光器（LD）技术得到了蓬勃发展，使得LD的功率和效率有了极大的提高，也极大地促进了DPSL技术的发展。
与闪光灯泵浦的固体激光器相比，DPSL的效率大大提高，体积大大减小。
在使用中，由于泵浦源LD的光束发散角较大，为使其聚焦在增益介质上，必须对泵浦光束进行光束变换（耦合）。
泵浦耦合方式主要有端面泵浦和侧面泵浦两种，其中端面泵浦方式适用于中小功率固体激光器，具有体积小、结构简单、空间模式匹配好等优点。
侧面泵浦方式主要应用于大功率激光器。
本实验采用端面泵浦方式。
端面泵浦耦合通常有直接耦合和间接耦合两种方式，如下：（图1）直接耦合：将半导体激光器的发光面紧贴增益介质，使泵浦光束在尚未发散开之前便被增益介质吸收，泵浦源和增益介质之间无光学系统，这种耦合方式称为直接耦合方式。
直接耦合方式结构紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且容易对LD造成损伤。
间接耦合：指先将半导体激光器输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。
本实验采用间接耦合方式，间接耦合常见的方法有三种，如下：a 组合透镜系统耦合：用球面透镜组合或者柱面透镜组合进行耦合。
b 自聚焦透镜耦合：由自聚焦透镜取代组合透镜进行耦合，优点是结构简单，准直光斑的大小取决于自聚焦透镜的数值孔径。
YAG激光器自由云状及调Q实验
Nd:YAG激光器自由运转及调Q实验【实验目的】1.了解固体激光器的结构及工作原理（自由运转和染料调Q），掌握其调整方法；2.了解固体激光器的主要参数的测试技术；3.观察调Q脉冲经过KTP晶体实现倍频现象，了解倍频中相位匹配特性。
【实验原理】一、自由振荡1.固体激光器组成固体激光器主要由工作物质，泵浦光源和光学谐振腔三大部分组成。
常用的工作物质有红宝石，掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG），钛宝石等晶体和钕玻璃等。
谐振腔常用两个平面或球面反射镜。
泵浦光源常用氙灯、氪灯、高压汞灯，碘钨灯。
在本实验中，激光器的主要元件为：①工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）；②光学谐振腔：双氙灯，双椭圆聚光腔，重复脉冲电源；③谐振腔镜：双色镜，部分反射镜。
2.自由振荡固体激光器的输出特性自由振荡激光器输出激光脉冲的特点是具有尖峰结构，即由许多振幅、脉宽和间隔作随机变化的尖峰脉冲组成。
每个尖峰的宽度约为0.1～1 μs，间隔为数微秒，脉冲序列的时间长度大致等于闪光灯泵浦持续的时间。
这种现象称为激光器的弛豫振荡。
产生弛豫振荡的主要原因是：当激光器的工作物质被泵浦，上能级的粒子反转数超过阈值条件时，即产生激光振荡，使腔内光子密度增加而发射激光。
随着激光的发射，上能级粒子数被大量消耗，导致粒子反转数降低，当低于阈值水平时，激光振荡就停止，这时，由于光泵的继续抽运，上能级粒子反转数重新积累，当超过阈值时，又产生第二个脉冲，如此不断重复上述过程，直到泵浦结束。
可见每个脉冲都是在阈值附近产生的，因此脉冲的峰值功率水平较低，从这个作用过程可以看出，增加泵浦功率也是无助于峰值功率的提高，而只会使小尖峰的个数增加。
二、调Q 的概念在激光技术中 ，用品质因数 Q 来描述与谐振腔损耗有关的特性。
Q 值定义为2Q v π=腔内存储的激光能量每秒损耗的能量用W 表示腔内存储的能量，δ表示腔的单程损耗，且设谐振腔长度为L，工作介质折射率n，光速c，则Q 值可表示为22/W nLQ v Wc nL ππδδλ==式中λ0为真空激光波长。
半导体泵浦固体激光器倍频与调Q 实验
半导体泵浦固体激光器倍频与调Q实验一、前言半导体泵浦固体激光器（Diode-Pumped solid-state Laser，DPL），是以激光二极管（LD）代替闪光灯泵浦固体激光介质的固体激光器，具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点，在光通信、激光雷达、激光医学、激光加工等方面有巨大应用前景，是未来固体激光器的发展方向。
本实验的目的是熟悉半导体泵浦固体激光器的基本原理和调试技术，以及其调Q 和倍频的原理和技术。
二、实验目的1、掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法；2、掌握固体激光器被动调的工作Q原理，进行调Q脉冲的测量；3、了解固体激光器倍频的基本原理。
三、实验原理与装置1. 半导体激光泵浦固体激光器工作原理：上世纪80年代起，半导体激光器（LD）生长技术得到了蓬勃发展，使得LD的功率和效率有了极大的提高，也极大地促进了DPSL技术的发展。
与闪光灯泵浦的固体激光器相比，DPSL的效率大大提高，体积大大减小。
在使用中，由于泵浦源LD的光束发散角较大，为使其聚焦在增益介质上，必须对泵浦光束进行光束变换（耦合）。
泵浦耦合方式主要有端面泵浦和侧面泵浦两种，其中端面泵浦方式适用于中小功率固体激光器，具有体积小、结构简单、空间模式匹配好等优点。
侧面泵浦方式主要应用于大功率激光器。
本实验采用端面泵浦方式。
端面泵浦耦合通常有直接耦合和间接耦合两种方式。
a) 直接耦合：将半导体激光器的发光面紧贴增益介质，使泵浦光束在尚未发散开之前便被增益介质吸收，泵浦源和增益介质之间无光学系统，这种耦合方式称为直接耦合方式。
直接耦合方式结构紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且容易对LD造成损伤。
b) 间接耦合：指先将LD输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。
常见的方法有：1) 组合透镜系统聚光：用球面透镜组合或者柱面透镜组合进行耦合。
2) 自聚焦透镜耦合：由自聚焦透镜取代组合透镜进行耦合，优点是结构简单，准直光斑的大小取决于自聚焦透镜的数值孔径。
【精品】电光调Q技术
实验八 电光调Q 技术一、实验目的1.掌握固体激光器中电光调Q 技术的基本原理；2.掌握调Q 激光器输出能量、脉冲宽度等主要指标的测量方法；3.了解影响电光调Q 效果的因素，并掌握调试技术。
二、实验原理一般不加调Q 技术的固体激光器输出的激光脉冲是由一系列强度不等尖峰脉冲序列组成的。
这种输出特性称为激光的弛豫振荡，脉冲的峰值功率约为几十千瓦量级，总的脉冲宽度为毫秒量级。
为了提高固体激光器输出激光脉冲的峰值功率，需要采用调Q 技术。
采用此技术脉冲输出峰值功率可达几十兆瓦以上。
目前电光调Q 技术是较常用的调Q 技术。
由晶体光学可知，KD *P 晶体在Z 轴方向的电场作用下三个感应主折射率为：E n n n x 6330021'γ-= E n n n y 6330021'γ+= e z n n =式中n 0为O 光折射率，n e 为E 光折射率，γ63为光电系数，E 为z 方向电场强度，沿z 方向入射的线偏光进入长度为e 晶体后，沿新主轴x ′、y ′方向分解相互垂直的偏振分量，并产生相位差：ZX y x V n l E n l n n 63306330''22)(2γλπγλπλπϕ∆=⋅=⋅-= 式中V Z 是沿z 方向加在晶体上的电压，当通过晶体的光波波长确定后，相位差 Δϕ只取决于外加电压V Z 。
当位相差为π弧度时所需要的电压称为“半波电压”，用V λ/2表示；当相位差为π/2弧度时所需要的电压称为“四分之一波电压”用 V λ/4表示，即：63304/4γλλn V = 对于KD *P 晶体：n 0=1.51 r 63=23.6×10-12m/VT 1 小孔光栏 He-NeT 2 图8-1 电光Q 开关红宝石激光器示图光电调Q 红宝石激光器如图8—1所示，由反射镜M 1和M 2构成激光谐振腔，其中M 2为部分反射镜；R 为60°生长红宝石激光晶体（即晶轴与光轴成60°角）；KD *P 为磷酸二氘钾电光晶体，由于KD *P 晶体易潮解，因此密封在晶体盒内。
LD侧面泵浦全固态激光倍频和声光调Q实验
实验名称：LD侧面泵浦全固态激光倍频和声光调Q实验实验目的1、掌握LD侧面泵浦全固态激光器的基本原理和调试方法。
2、掌握声光调Q的基本原理及输出特性。
3、掌握激光倍频原理及影响倍频的基本因素。
实验原理1、激光产生的条件数反转分布一般情况下介质中的粒子数在能级上呈>样分布状态，即较低能量的-个能级的粒子数大于具有较高能量的一个能级的粒了数。
要产生激光，激光介质能级粒子数分布必须处于反转分布<，称这种状态的物质为激活物质。
减少振荡模式数激光器是通过光学谐振腔来达到减少振荡模式数的。
起振条件—阈值条件若激光器由反射率分別是R1、R2的两面镜子和长度为L的激活材料构成。
设g为在反转的激光材料中单位长度的增益系数，a为单位长度的吸收损耗系数。
则每次通过激光材料，其强度变化为exp(g-a)2L。
阈值条件为R1R2exp(g-a)2L=1。
增益饱和效应—稳定振荡条件当入射光强度足够弱时增益系数与光强无关，是一个常量；当入射光强大到一定的程度，增益系数将随光强的增大而减小，产生增益饱和效应。
2、调Q技术声光调Q是利用光的衍射效应实现调Q的。
利用光的衍射现象，光束偏离，达到声光调Q的目的。
一束光通过由声控的相位光栅时，就会发生衍射，这就是声光效应。
在激光器的光学谐振腔中，放入一个声光调制器，当有超声波作用在调制器上时，由于声光效应，激光束就会发生衍射，偏离谐振腔，从而使激光停止振荡。
当超声波消失后，损耗消失，形成振荡，产生巨脉冲输出，完成超声调Q作用。
实验内容1、测量连续Nd3+:YAG激光器电流和功率的关系曲线2、测量连续倍频Nd3+:YAG激光器电流和功率的关系曲线3、测量准连续声光调Q Nd3+:YAG激光器单脉冲能量4、测量准连续声光调Q倍频Nd3+:YAG激光器频率为5KHz、11KHz、35KHz时激光输出功率随电流的变化曲线数据记录及处理1、连续Nd3+:YAG激光器电流和功率的关系曲线I 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15P 0 0 0 0 0.04 0.10 0.18 0.27 0.55 0.81 1.02 1.29 1.742、连续倍频Nd3+:YAG激光器电流和功率的关系曲线I 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15P 0 0 0.002 0.004 0.006 0.011 0.023 0.028 0.037 0.040 0.046 0.052 0.0603、准连续声光调Q Nd3+:YAG激光器单脉冲能量f 5 10 15 20 25 30 35 40P 0.480 0.477 0.483 0.458 0.464 0.498 0.463 0.527E 0.0960 0.0477 0.0322 0.0229 0.0185 0.0166 0.0132 0.01314、准连续声光调Q倍频5KHz时激光输出功率随电流的变化曲线I 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15 P 0 0.003 0.043 0.135 0.196 0.260 0.464 0.665 0.918 1.087 1.2405、准连续声光调Q倍频11KHz时激光输出功率随电流的变化曲线I 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15P 0 0.003 0.017 0.056 0.102 0.173 0.312 0.431 0.603 0.862 1.032 1.204 1.3566、准连续声光调Q倍频35KHz时激光输出功率随电流的变化曲线I 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15P 0 0.003 0.011 0.036 0.054 0.080 0.134 0.161 0.226 0.343 0.476 0.531 0.662。
实验四 连续半导体泵浦固体激光器静态输出特性和声光调Q实验
实验四连续半导体泵浦固体激光器静态输出特性和声光调Q实验实验目的1.了解固体激光器的输出特性和阈值特性，掌握激光器输出特性斜率效率的计算；2.掌握激光器设计中最佳透过率的概念，巩固最佳透过率选取原则；3.掌握声光调Q的基本原理和布拉格衍射的特征及布拉格衍射角的概念，了解激光器在连续和调Q脉冲工作状态下的激光功率输出特性，4.了解不同调Q频率下，激光功率变化的原因，巩固最佳调Q频率选取的原则。
实验原理1. 固体Nd:YAG激光器工作原理固体激光器通常由三个基本部分组成，即固体激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔。
激光工作物质是激光器的心脏，产生激光的是激活离子，激光器的输出特性在很大程度上由激活离子的能级结构决定。
目前，常用的固体激光工作物质有红宝石晶体、钕玻璃和掺钕钇铝石榴石（即Nd3+:YAG）晶体。
由于Nd3+:YAG晶体具有荧光谱线窄、量子效率高等特点，它的增益高、阈值低、激光输出效率高，故在中小功率的脉冲器件中，以及在高重复率的脉冲激光器中得到广泛应用。
本实验中即采用Nd3+:YAG作为激光工作物质，该工作物质的激活离子为Nd3+，属四能级系统，发射激光波长为1.06μm，工作于连续方式。
Nd3+:YAG产生受激辐射的能级如图4-1所示。
激活粒子（Nd3+:离子）在这些能级之间的跃迁特性为：在光泵浦作用下，处于基态能级E1上的粒子被激发到高能级E4上，由于E4能级寿命很短，处在该能级上的粒子很快以无辐射跃迁方式迅速转移到较低的激发态能级E3上，E3为亚稳态，在E3能级上的粒子有较长的寿命（10-3~10-4s），因而易于实现粒子数积累。
当粒子数由E3向E2跃迁时，产生激光辐射，粒子到达能级E2后，再以无辐射跃迁迅速地返回到基态E1。
基于这种状态以及由于热平衡情况，使得粒子不易在E2能级上积聚，因此，在外界激励下，E3和E2之间较易形成粒子数反转，从而实现受激辐射。
图4-1 四能级系统结构示意图在集居数反转状态的物质称为激活介质。
电光调Q脉冲YAG激光器与倍频实验
实验8-5 电光调Q 脉冲YAG 激光器与倍频实验一、引言固体激光器是以固体材料作为工作物质的激光器，它具有输出能量大、峰值功率高、器件结构紧凑等优点，在工业激光材料加工、激光医学、激光化学、科学研究以及国防等方面有着重要的应用。
迄今，已实现激光振荡的固体激光工作物质有数百种之多，其中以掺钕钇铝石榴石（Nd 3+：YAG ）应用最多。
Nd 3+：YAG 是一种典型的四能级激光工作物质，由于它的热传导性好、激光阈值低和转换效率高，所以用它可以做成高重复频率的脉冲激光器和连续激光器。
如果在脉冲激光器内采用调Q 和放大技术，很容易获得时间宽度为10ns 量级而峰值功率达几百MW 量级的TEM 00激光脉冲。
再通过KD *P 等非线性光学晶体对波长为1.06μm 的Nd 3+：YAG 激光基波进行二倍频、三倍频和四倍频，则可得到532nm 、355nm 和266nm 四种波长的脉冲激光器。
此外，还可以用上述二倍频或三倍频光去泵浦染料激光器，获得从紫外到近红外的波长连续可调谐的脉冲激光。
这种以Nd 3+：YAG 激光器为基础的脉冲激光系统以其高峰值功率、高重复频率和宽范围波长调谐特性等优点在科学技术、医学、工业和军事上得到了广泛的应用。
目前脉冲Nd 3+：YAG 激光器的泵浦方式有两种：闪光灯和半导体激光器。
本实验研究闪光灯泵浦的调Q 脉冲Nd 3+：YAG 激光器，了解其工作原理，掌握该激光器的装配和调试方法以及相应的激光参数测量，学习应用非线性光学晶体产生倍频光的基本原理。
二、实验原理1．Nd 3+：YAG 激光器的工作原理和结构掺钕钇铝石榴石晶体是以钇铝石榴石（简称YAG ，其分子式为Y 3Al 5O 12）单晶为基质材料，掺入适量的三价稀土离子Nd 3+所构成。
YAG 是由Y 2O 3和Al 2O 3按摩尔比为3：5化合生成的，当掺入作为激活剂的Nd 2O 3后，则在原来是Y 3+的点阵上部分地被Nd 3+代换，而形成了淡紫色的Nd 3+：YAG 晶体。
调Q实验
调Q 实验激光的优点在于它具有良好的方向性、单色性和相干性。
从一台简单激光器出射的激光束，其性能往往不能满足应用的需要，因此需要不断地发展旨在挖掘与改善激光器输出特性的各种技术。
为了获得窄脉冲高峰值功率的激光束，发展了Q调制、锁模、增益开关及腔倒空等技术。
调Q技术自1961年提出来以后，发展极为迅速，激光束的输出功率几乎每年约增加一个数量级，脉冲宽度的压缩也取得很大进展，同时推进诸如激光测距、激光雷达、高束全息照相、激光加工等应用技术的发展。
本实验要求仪器是Nd ：YAG 激光器，通过对激光器调试和静态、动态激光能量的测试以及计算，使学生对固体激光器调Q技术有更多的了解，对所学的知识得到巩固，培养学生掌握这一新技术的知识和技能。
一 实验目的1了解调Q技术在激光应用中的重要性。
2熟悉一般调Q 技术的基本原理和方法。
3掌握电光调Q和染料调Q技术。
二 实验原理我们知道一般固体脉冲激光器由于存在驰豫振荡现象，输出激光为一无规尖锋脉冲系列，其总的脉冲宽度持续几百微秒甚至几毫秒，峰值功率也只有几十千瓦的水平，这就远不能满足某些激光应用（如测距等）的要求。
采用调Q技术，可以大大压缩脉宽和提高峰值功率。
它的基本原理是通过某种方法，使谐振腔的损耗δ（或Q 值，δλπnl Q 2=）按照规定的程序变化，在光泵激励刚开始时，先使光腔具有高损耗H δ，激光器由于处于高阀值而不产生振荡，于是激光上能级亚稳态上的粒子数可以积累到较高水平。
当其粒子数积累到相应与泵浦而言最大值时，使腔的损耗突然降低到Lδ，阀值也随之突然降低。
此时，反转粒子数大大超过阀值，受激辐射极为迅速的增强。
于是在极短的时间内，上能级储存的大部分粒子的能量转化为激光能量，在输出端有一个强的巨脉冲输出。
采用调Q技术很容易获得峰值功率高于兆瓦、脉宽为数十个纳秒的激光巨脉冲。
调Q过程如图1所示。
图 1 调Q过程反转粒子数密度及光子数密度随时间的变化目前，比较广泛采用的有转镜调Q，线性电光调Q，声光调Q和染料调Q等。
固体激光原理与技术综合实验
固体激光原理与技术综合实验一、实验目的1.掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法；2.掌握固体激光器被动调Q的工作原理，进行调Q脉冲的测量；3.了解固体激光器倍频的基本原理。
二、实验仪器固体激光器实验箱（内含808nm泵浦源、耦合透镜、激光晶体、倍频晶体、调Q晶体、输出镜、导轨、功率计、防护眼镜、）、示波器三、实验内容1．808nm半导体泵浦源的I-P曲线测量①将808nm泵浦源固定于导轨的右端，将功率计探头放置于其前端出光口并靠近。
②调节功率计调零旋钮，使读数归零。
③调节工作电流从零到最大，依次记录对应的电源电流示数I和功率计读数P，并且画出I-P曲线图。
④将半导体泵浦光源的电流调回至最小。
2．1064nm固体激光谐振腔涉及调整①将650nm指示激光器固定在导轨左端，调节旋钮，使之照射到有段泵浦光源的中心。
②将耦合镜组放置在光源左边并靠近，调节旋钮，使指示激光束照射到耦合镜组中心，且反射的指示激光束返回到出光口。
③将激光晶体放置在耦合镜组前，调节前后位置，使泵浦光源的聚焦点能够打在晶体中间，再调节旋钮，使反射的指示激光束返回到出光口。
④将1064nm的激光输出镜放置在激光晶体前，镀膜面朝向晶体，距离为50mm左右。
调节旋钮，使反射的指示激光束返回到出光口。
慢慢调高泵浦光功率至800mA时，使用红外显示卡观察是否可以看到1064nm的激光点。
如果没有，微调输出镜的俯仰旋钮，直至出光，关闭指示激光。
3．1064nm固体激光器模式观测及调整①固定一个输出镜和腔长，将功率计放置在导轨左端，使激光点打到功率计中心。
②观察功率计读数，通过调整输出镜、激光晶体、耦合镜组的旋钮和激光晶体的前后，使功率计示数最高，确保激光谐振腔此时处于相对最佳状态。
③调节工作电流从阈值到最大，依次记录对应的电源电流示数I 和功率计读数P，填入下表。
④根据实验1的测试数据，拟合出1064nm固体激光输出的I-P转化效率和P-P转换效率曲线，并研究阈值条件。
全固体激光腔外倍频实验（参考）
全固体腔外激光倍频实验一． 实验目的和内容1． 了解全固体激光器的特点， 学习工作物质的入射端面与输出镜构成的谐振腔的激光器的调节；2． 掌握“倍频”的概念，了解倍频技术的意义；3． 基本掌握非线性晶体的长度，有效非线性系数，相位匹配因子对非线性转换效率的影响规律；4． 调节激光器，观察基频光1064nm 的输出情况，理解激光模式的概念；5． 调节非线性晶体，观察倍频光532nm 绿光的输出情况。
二． 实验基本原理1． 非线性光学基础光与物质相互作用的全过程，可分为光作用于物质，引起物质极化形成极化场以及极化场作为新的辐射源向外辐射光波的两个分过程。
原子是由原子核和核外电子构成。
当频率为ω的光入射介质后，引起其中原子的极化，即负电中心相对正电中心发生位移r ，形成电偶极矩r m e =， （1）其中，e 是负电中心的电量。
我们定义单位体积内原子偶极矩的总和为极化强度矢量P ，m P N =， （2）N 是单位体积内的原子数。
极化强度矢量和入射场的关系式为++++=3)3(2)2()1(E E E P χχχ， （E 前面没有+） （3） 其中χ（1），χ（2），χ（3），…分别称为线性极化率，二级非线性极化率、三级非线性极化率…，并且χ（1）>>χ（2）>>χ（3）…。
在一般情况下，每增加一次极化，χ值减少七八个数量级。
由于入射光是变化的，其振幅为E ＝E 0sin ωt ，所以极化强度也是变化的。
根据电磁理论，变化的极化场可作为辐射源产生电磁波——新的光波。
在入射光的电场比较小时（比原子内的场强还小），χ（2），χ（3）等极小，P 与E 成线性关系为P ＝χ（1）E 。
新的光波与入射光具有相同的频率，这就是通常的线性光学现象。
但当入射光的电场较强时，不仅有线性现象，而且非线性现象也不同程度地表现出来，新的光波中不仅有入射地基波频率，还有二次谐波、三次谐波等频率产生，形成能量转移，频率变换。
808nmLD泵浦固体激光器及调Q实验研究
532019年/第4期/2月（上）808nmLD 泵浦固体激光器及调Q 实验研究梅映雪赵洪霞王敬蕊丁志群程培红（宁波工程学院电子与信息工程学院浙江·宁波315016）摘要调Q 技术可使激光输出峰值功率达到Mw 量级以上，半峰值带宽压缩到皮秒量级，在工业生产、军事和医学领域应用广泛。
目前，808nm LD 泵浦固体激光器及调Q 实验已经成为光电相关专业的首选实验。
本文针对具体实验过程中，静态激光输出难度大，功率相对较低和难于实现调Q 等关键问题，提出了简单易行，可操作性强的步骤方法，并取得了较好的实验效果。
关键词静态激光LD 泵浦固体激光器激光输出调Q中图分类号：TN248.1文献标识码：ADOI:10.16400/ki.kjdks.2019.02.020Experimental Study on 808nm LD Pump Solid Laser and Q-modulationMEI Yingxue,ZHAO Hongxia,WANG Jingrui,DING Zhiqun,CHENG Peihong(Electronic and Information Engineering College,Ningbo University of Technology,Ningbo Zhejiang 315016)AbstractQ-modulation technology can enable laser output peak power to reach Mw magnitude and pulse width with pico-second magnitude,which is widely used in industrial production,military and medical fields.The 808nm LD pump solid laser and Q-modulation experiment have become the first choice experiments for optoelectronic related majors.Aiming at the dif-ficulty of static laser output,low power and other key problems such as Q adjustment,this paper puts forward a simple and feasible method,and obtains a good experimental result.Keywords Static laser;LD pump;solid lasers;Laser output;Q-modulation 0引言全固态808nm 半导体激光器泵浦调Q 激光器由于具有体积小、易于集成和装调方便等优点，被广泛用于科研、农业、工业生产等领域。
半导体泵浦固体激光器综合实验实验报告
佛山科学技术学院实验报告课程名称光电信息与技术实验实验项目半导体泵浦固体激光器综合实验专业班级姓名学号指导教师成绩日期2016年4月11日电流1.7A，微调输出镜、激光晶体、耦合系统的旋钮，使输出激光功率最大；（2）安装KTP晶体（或LBO），在准直器前准直后放入谐振腔内，倍频晶体尽量靠近激光晶体。
调节调整架，使得输出绿光功率最亮；然后旋转KTP晶体（或LBO），观察旋转过程中绿光输出有何变化；五、实验数据和数据处理电流（mA）泵浦功率(mW) 激光功率(mW)0 0.03 -0.080.2 0.1 -0.080.4 0.56 -0.080.6 105 0.730.8 232 1.711.0 353 3.401.2 469 8.101.4 585 22.21.6 702 36.71.8 811 51.22.0 920 68.21.电流——泵浦功率T1=泵浦功率/电流=4602.电流——激光输出功率3.泵浦——激光功率六、实验结果实验数据及其分析见上图，在无任何透镜的情况下，泵浦的输出功率与电流成正比关系。
在电流达到0.4mA时，泵浦被激发，功率成线性增长。
在加装了透镜组成激光发射仪后，功率发生了明显的下降，而且不再呈现线性变化。
七、分析讨论1. 半导体激光器（LD）对环境有较高要求，因此本实验系统需放置于洁净实验室内。
实验完成后，应及时盖上仪器罩，以免LD沾染灰尘。
2. LD对静电非常敏感。
所以严禁随意拆装LD和用手直接触摸LD外壳。
如果确实需要拆装，请带上静电环操作，并将拆下的LD两个电极立即短接。
实验报告内容：一实验目的二实验仪器（仪器名称、型号、参数、编号）三实验原理（原理文字叙述和公式、原理图）四.实验步骤五、实验数据和数据处理六.实验结果七.分析讨论（实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等）八.思考题。
固体激光器综合实验资料
实验一固体激光器综合实验一. 主要功能和特点此套系统适用于光信息科学与技术、电子科学与技术、应用物理等相关专业。
可测量阈值、转换效率，倍频效率等参量，开设电光调Q ，选模等实验。
使学生全面了解激光原理和激光技术，掌握电光调Q 系统的调试方法。
电光调Q 固体脉冲激光器外罩机壳，整体美观大方，并可保护内部装置。
系统结构紧凑，采用内置三角导轨，具有良好的稳定性。
所有器件均采用标准件，互换性强，并且都可以拆卸，便于学生动手装调。
本装置的准直光源采用650nmLD 代替传统的He-Ne 激光器，具有体积小、使用安全、调节方便、光强可调等优点。
本装置采用脉冲氙灯泵浦Nd 3+:YAG 输出1064nm 激光，经倍频后可以输出532nm 激光。
采用P KD *电光晶体进行电光调Q ，可实现ns 级脉宽激光的输出。
二: 实验原理（一）: 激光原理简介 1：激光原理（1）自发辐射根据已知的理论，原子只能存在分立的能态，处在不同能态的原子具有不同的能量。
若原子处于内部能量最低的能量状态，称此原子处于基态，其它比基态能量高的状态，都叫做激发态。
在热平衡时，材料中处于下能态的原子数远比上能态的多，电磁波与其发生作用，能使原子从低能级上升到高能级。
这种原子在两个能级之间的变化叫做跃迁。
可以说，处于基态的原子，从外界吸收能量以后，将跃迁到能量较高的激发态。
在高能态上的原子是不稳定的，它总是力图使自己处于最低的能量状态；即使在没有任何外界作用的情况下，它也有可能从高能态2E 跃迁到低能态并把相应的能量释放出来。
这种在没有外界作用的情况下，原子从高能态向低能态的跃迁方式有两种：一种是在跃迁过程中，释放的能量以热量的形式放出，这称为无辐射跃迁；另一种跃迁过程中，释放出的能量是通过光辐射的形式放出，这称为自发辐射跃迁。
辐射的光子能量满足波尔关系：γh E E 12=- 1 （1.1）图2.1 自发辐射图2.2 受激吸收图2.3受激辐射原子自发辐射的特点是原子的自发辐射几率A21只与原子本身性质有关，与外界辐射场无关。
Nd-YAG 固体激光器电光调Q、倍频实验讲义
Nd:YAG 固体激光器电光调Q、倍频实验一、 实验目的1. 掌握电光调Q 的原理及调试方法；2. 学会电光调Q 装置的调试；3. 掌握相关参数的测量。
二、 实验原理1. 调Q 技术原理调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，可表示为： 每秒钟损耗的激光能量腔内贮存的激光能量02πν=Q （1） 式中0ν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E γ。
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需要时间为。
c nL /由此，光在腔内每秒钟损耗的能量为c nL E /γ这样，Q 值可表示为γλπγπν002/2nL nL Ec E Q == （2）式中00/νλc =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峰脉冲序列，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，腔内会象雪崩一样以极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，并在透反镜端耦合输出一个极强的激光脉冲。
在这个过程中，弛豫振荡一般是不会发生的，但是，如果调Q 器件设计及调整得不好也会导致多脉冲出现。
所以，输出光脉冲脉宽窄，峰值功率高。
通常把这种光脉冲称为巨脉冲。
调节腔内的损耗实际上是调节Q 值，调Q 技术即由此而得名。
也成为Q 突变技术或Q 开关技术。
谐振腔的损耗γ一般包括有：54321αααααγ++++= （3）其中1α为反射损耗；α2为吸收损耗；α3为衍射损耗：α4为散射损耗；α5为输出损耗。
固体激光倍频、调q实验
固体激光倍频、调q实验声光调Q倍频YAG激光器实验声光调制器由石英晶体、铌酸锂或重火石玻璃作为声光介质，通过压电晶体电声转换器将超声波耦合，在声光介质中产生超声波光栅，介质的折射率被周期性调制形成折射率体光栅。
在腔内采用该技术，可将连续的1064nm基频光变换成10KHz的高重复率脉冲激光，由于具有重复频率和峰值功率高的特点，可获得高平均功率的倍频绿光输出。
【实验目的】(1)掌握声光调Q连续激光器及其倍频的工作原理; (2)学习声光调Q倍频激光器的调整方法;(3)了解声光调Q固体激光器的静态和动态特性，并掌握测试方法; (4)学习倍频激光器的调整方法。
【实验原理】【实验原理】声光调Q倍频连续YAG激光器的工作原理(1) 声光调Q基本原理:图1 声光调制器工作原理声光调制器是由石英晶体、铌酸锂、或重火石玻璃做为声光介质，通过电声换能器(压电晶体)将超声波耦合进去，在声光介质中产生超声波光栅。
超声波光栅将介质的折射率进行周期性调制，从而进一步形成折射率体光栅。
如图1所示。
光栅公式如下式(1) 式(1)中，是声光介质中的超声波波长，为布拉格衍射角，为入射光波波长，n为声光介质的折射率。
当入射光以布拉格角入射时，出射光将被介质中的体光栅衍射到一级衍射最大方向上。
利用声光介质的这种性质，可以对激光谐振腔内的光束方向进行调制。
当加入声光调制信号时，光束偏转出腔外，不能在腔内形成振荡，即此时为高损耗腔。
在此期间泵浦灯注入给激活介质(激光晶体)的能量储存在激光上能级，形成高反转粒子数。
当去掉声光调制信号时，光束不被偏转，在腔内往返，形成激光振荡。
由于前面积累的高反转粒子数远远超过激光阈值，所以瞬时形成脉冲激光输出，从而形成窄脉宽、高能量的激光脉冲。
声光调Q激光器工作在几千周到几十千周的调制频率下，所以可以获得高重复率、高平均功率的激光输出。
(2)倍频器件工作原理:图2 倍频晶体折射率椭球及通光方向示意图由于晶体中存在色散现象，所以在倍频晶体中的通光方向上，基频光与倍频光所经历的折射率与是不同的。
脉冲固体激光器静态特性及染料调Q技术
激光产生原理
当光通过激活介质时会被放大，这种放大 作用的大小通常用增益系数G 来描述，它 表示光通过单位长度激活介质后光强增长 的百分比。 光通过激活介质是会有损耗，损耗的大小 可以用损耗系数 来表示，它表示光通过 单位长度激活介质后光强下降的百分比。 当增益大于损耗时，激光器能够产生自激 振荡，形成激光输出。
问题及讨论
1.激光器在静态和动态运行时,在脉宽和能量 上有什么区别?引起的原因是什么? 2. 在调Q的过程中,染料片的透过率是如何变 化的? 3. 为什么激光器的输出镜存在一个最佳的透 过率?在实验中,你是如何确定这个最佳透过 率的.
静态固体激光器输出特性
一般结构的固体激光器称为静态激光器。 大量实验表明，脉冲泵浦的静态固体激光 器输出是由一连串不规则振荡的尖峰脉冲 构成的，这种现象称为激光的驰豫振荡。
出功率，在一些 要求高峰值功率和窄脉宽激光输出的应用中无法 使用。 采用调Q可以容易地获得峰值功率高于兆瓦，脉 宽为几十纳秒的激光巨脉冲。 调Q技术是通过某种方式使激光谐振腔的Q值产生 突变，使受激辐射在很短的时间内建立并达到最 大值。 常用的调Q方法有电光调Q、声光调Q和染料调Q， 本实验采用的是染料调Q技术。
Nd:YAG晶体能级图
在本实验 中激光器 工作在 1064nm波 长，Nd3+ 在各个能 级间跃迁 如右图所 示。
激光产生原理
在平衡状态，激光上能级粒子数小于下能 级粒子数，因此不能形成光放大。 在外界激励下，可以使激光上能级粒子数 大于下能级粒子数，从而形成粒子数反转 分布。 处于粒子数反转分布状态的物质称为激活 介质。
染料调Q技术原理
染料Q开关是利用有机染料的饱和吸收特性形成的。 有机染料是一种非线性吸收介质，在弱光时吸收系数高， 在较强激光作用下由于吸收饱和而对激光透明（又称漂白 效应）。 将染料薄膜放置于谐振腔中，在光泵激励刚开始时，工作 物质发出较弱的荧光，染料吸收很强，Q值很低，粒子在 上能级积累，反转粒子数大大提高。 当腔内工作物质的荧光变强时，染料的吸收达到饱和值， 光可以全部透过，这时，腔内Q值升高，形成巨脉冲输出。 当反转粒子数被消耗掉后，腔内光强下降，染料吸收再次 上升，腔内Q值下降，开始一个新的循环。
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声光调Q倍频YAG激光器实验声光调制器由石英晶体、铌酸锂或重火石玻璃作为声光介质，通过压电晶体电声转换器将超声波耦合，在声光介质中产生超声波光栅，介质的折射率被周期性调制形成折射率体光栅。
在腔内采用该技术，可将连续的1064nm基频光变换成10KHz的高重复率脉冲激光，由于具有重复频率和峰值功率高的特点，可获得高平均功率的倍频绿光输出。
【实验目的】
（1）掌握声光调Q连续激光器及其倍频的工作原理；
（2）学习声光调Q倍频激光器的调整方法；
（3）了解声光调Q固体激光器的静态和动态特性，并掌握测试方法；（4）学习倍频激光器的调整方法。
【实验原理】
【实验原理】
声光调Q倍频连续YAG激光器的工作原理
（1）声光调Q基本原理：
图1 声光调制器工作原理
声光调制器是由石英晶体、铌酸锂、或重火石玻璃做为声光介质，通过电声换能器（压电晶体）将超声波耦合进去，在声光介质中产生超声波光栅。
超声波光栅将介质的折射率进行周期性调制，从而进一步形成折射率体光栅。
如图1所示。
光栅公式如下式
（1）
式（1）中，是声光介质中的超声波波长，为布拉格衍射角，为入射光波波长，n为声光介质的折射率。
当入射光以布拉格角入射时，出射光将被介质中的体光栅衍射到一级衍射最大方向上。
利用声光介质的这种性质，可以对激光谐振腔内的光束方向进行调制。
当加入声光调制信号时，光束偏转出腔外，不能在腔内形成振荡，即此时为高损耗腔。
在此期间泵浦灯注入给激活介质（激光晶体）的能量储存在激光上能级，形成高反转粒子数。
当去掉声光调制信号时，光束不被偏转，在腔内往返，形成激光振荡。
由于前面积累的高反转粒子数远远超过激光阈值，所以瞬时形成脉冲激光输出，从而形
成窄脉宽、高能量的激光脉冲。
声光调Q激光器工作在几千周到几十千周的调制频率下，所以可以获得高重复率、高平均功率的激光输出。
（2）倍频器件工作原理：
图2 倍频晶体折射率椭球及通光方向示意图
由于晶体中存在色散现象，所以在倍频晶体中的通光方向上，基频光与倍频光所经历的折射率与是不同的。
图3给出了一个单轴晶体的色散及1064nm倍频匹配点的折射率关系曲线。
图3中的实线代表了寻常光的折射率，点划线代表了非常光的折射率，中间的点线则代表了非常光在改变入射光角度时得到的折射率。
由图中可以看出，当改变晶体中入射光的角度，中间的非常光折射率曲线随之变化，在如图3的位置上，可以实现1064nm 的倍频。
即在特定的通光方向上，532nm 的倍频光与1064nm的基频光折射率可以实现相等，实现倍频的相位匹配。
对于双轴晶体其相位匹配的计算较为复杂，这里
不详细论述。
其相位匹配原理都是相同的。
图3 单轴晶体色散曲线及倍频原理示意图
（3）倍频效率：
设w为基频光，2w为倍频光，则由理论计算可以得到倍频的效率为
（2）为基频光光强，为倍频光光强，L为晶体长度，为晶体倍频有效非线性系数，为基频光折射率，为倍频光折射率，为三波互作用时的波矢量失配。
由公式给出的倍频效率是一个Sinc平方函数，当时效
率达到最大值，失配量在的整数倍时达到最小值。
图4 倍频效率的sinc平方函数图
【实验装置】
实验装置如图5所示。
这是一台内腔倍频、连续氪灯（单灯）泵浦、声光调Q的YAG激光器。
不加倍频元件可以输出1064nm 波长的近红外高功率激光。
当腔内放置倍频晶体时，如采用倍频效率较高的KTP（磷酸二氢钾）晶体，就可以产生532nm波长的倍频绿光输出。
图5声光调Q连续YAG倍频激光器示意图
由于倍频效率与基频激光的峰值功率平方成正比，所以为了有效地产生高效率的倍频输出，在YAG 腔内采用了声光调Q 装置，其作用可以将连续振荡的1064nm基频光变换成10KHz左右的高重复频率脉冲激光，脉冲宽度在150nS 左右。
由于具有重复频率和峰值功率高的特点，所以可以获得高平均功率的倍频绿光输出。
实验装置中采用5mW 的氦氖激光器做为准直光源。
谐振腔后面采用的全反镜为1064nm高反。
倍频输出镜为1064nm高反和532nm高透双色镜。
1064nm 基频光在腔内形成振荡且不直接输出到腔外。
在腔内放置KTP晶体做为倍频器件，将1064nm基频光转换为532nm倍频光，并通过倍频输出镜获得输出。
本实验中，在腔内还放置了一块谐波反射镜，上面镀有1064nm 高透、532nm 高反，使获得的后向倍频光再次反射回倍频输出镜处并得到输出，从而进一步提高了倍频输出效率。
【实验内容】
（1）仔细反复调整激光器中反射镜、声光Q 开关、KTP 倍频晶体，使之降低阈值达到最佳工作状态。
（2）观察声光调Q连续YAG倍频激光器的工作特点。
（3）比较有调Q作用和无调Q作用时倍频输出明显的差别。
（4）测量倍频激光器绿光输出的脉冲宽度和波形。
（5）观察不同声光调制频率下绿光输出功率的变化。
（6）转动倍频晶体角度观察倍频输出功率变化。
*（7）估算倍频激光器的倍频效率。
【实验步骤】
（1）用氦氖激光器调整光路，使所有反射面都与光轴垂直，达到谐振腔的腔镜平行。
重点是光路中的激光棒端面、声光Q开关端面、全反镜和倍频输出镜。
这是保证有效产生高功率基频光振荡的首要条件。
（2）通冷却水后，小心设定连续激光电源的最小工作电流，开启电源使连续氪灯工作在最小孤光放电状态。
（3）打开激光功率计，并调零，设定探测波长为 532nm 档。
开启声光调Q 驱动电源，调整声光调制功率。
一般应结合激光功率进行调整，当激光功率较小时调制功率亦小，调制功率不宜设定过高，以达到最高效率为准。
先将声光调制频率设定为 7KHz 左右，进行观察，然后再改变声光调制频率从7KHz~20KHz，观察绿光输出功率的变化。
（4）对实验内容（3）进行观察和熟悉。
（5）用分辨率小于100nS 的示波器和绿光响应的高速光电二级管探测观察声光调Q倍频绿光输出的波形。
可将激光调整到较小，或将绿光激光打到物体的反射面上探测其反射光即可。
不可直接将探测器对准绿光进行探测，否则会造成探测器的损坏。
（6）绘制不同声光调制频率下的绿光输出功率曲线，注意标明激光工作条件（激光电源驱动电流、声光调制器驱动电流）。
（7）KTP 晶体属于双轴晶体，实验中采用 II 类相位匹配，
其1064nm 的倍频最佳相位匹配角为稍微转动晶体的方位角记录输出功率随晶体角度变化的曲线。
理论计算应为一Sinc平方曲线。
用氦氖激光器垂直入射晶体表面，在一定距离上观察晶体表面反射光点的位置，以计算出晶体与光轴的夹角。
*（8）测量倍频效率。
先将倍频晶体和谐波反射镜取出，用一波长在1064nm处反射率为90%的镜片取代倍频输出镜，以形成一1064nm 连续激光谐振腔，先测量只有 1064nm 激光输出的功率。
将晶体、谐波反射镜、倍频输出镜放回导轨上，形成内腔倍频谐振腔，再测量倍频输出的绿光功率。
用绿光功率除以基频光功率，以估算出倍频效率。
注意：此时测量的基频光功率为估算值，实际还应考虑电源到激光的效率。
重要提示：
（1）连续激光器的电源功率最大输出在千瓦以上，由于固体激光器效率只有百分之几，大部分都转换为热量，所以一定要先开启冷却水然后方可进行操作，否则晶体和氪灯会发生损坏。
（2）由于1064nm基频光都在腔内振荡没有输出，所以腔内功率密度很高，很容易打坏光学元件，所以一定要保证通光光路中没有切光，特别是KTP晶体要对正通光中心。
（3）激光脉宽探测器是价值较高的高速响应及高灵敏度光电二极管，不可直接将激光输出打在上面。
只能探测强光打在物体上的散射光。
【讨论】。