固体激光原理与技术综合实验
固体激光器原理 (3)
固体激光器原理1. 引言固体激光器作为一种重要的激光器类型，在科学研究、医疗器械、激光切割等诸多领域有着广泛的应用。
本文将介绍固体激光器的原理、结构和工作方式。
2. 原理固体激光器的工作原理是基于激发固体材料中的激活物质，使其处于受激辐射的状态，从而产生激光。
在固体激光器中，常用的激活物质有Nd:YAG (二氧化钕掺杂的钇铝石榴石)、Nd:YVO4 (二氧化钕掺杂的钇钒石榴石)、Er:YAG (铒掺杂的钇铝石榴石)等。
固体激光器的工作过程可以分为以下几个步骤：2.1 激发过程在激光器的激发环节中，一种能量源（例如一束强光或电流）用来激活固体材料中的激活物质。
这种能量源可以是激光二极管、弧光灯等。
激发过程中，激光器将能量转化为激发离子的能量，使其处于受激辐射状态。
2.2 激光放大过程在激发过程中，激活物质处于受激辐射状态，当有一个激发光子通过时，会与被激发的离子产生辐射跃迁，从而产生两个新的光子。
这个辐射跃迁过程会引起其他离子的受激辐射，从而形成光子链式反应。
这种过程被称为光子放大过程。
2.3 激光输出过程在激光放大过程中，光子数目不断增加，当达到一定数目时，就会形成激光输出。
为了实现激光输出，激光器需要在光学谐振腔中引入一个镜片，这样可以将光子反射回激活物质中，从而增加激光的放大程度。
当光子数目达到一定程度，超过了腔体损耗，则会产生激光输出。
3. 结构固体激光器的基本结构由激活物质、光学谐振腔和能量源组成。
3.1 激活物质激活物质是固体激光器中的关键组成部分，它决定了激光的波长和性能。
常见的激活物质有Nd:YAG、Nd:YVO4、Er:YAG等。
这些激活物质都被掺杂在晶体或陶瓷中，以增加其能级和性能。
3.2 光学谐振腔光学谐振腔是固体激光器中的另一个重要组成部分，它通常由两个反射镜和一个激活物质组成。
其中一个反射镜被称为输出镜，另一个被称为输入镜。
输出镜可以通过调整其反射率来控制激光的输出功率和方向。
固体激光器原理
固体激光器原理固体激光器是一种利用固体材料作为工作物质产生激光的装置。
它具有结构简单、体积小、效率高、可靠性强等优点，在医疗、通信、材料加工等领域有着广泛的应用。
固体激光器原理是指固体激光器产生激光的基本物理过程和原理。
在固体激光器中，激光的产生是通过材料的受激辐射过程实现的。
下面将详细介绍固体激光器的原理。
固体激光器的工作原理主要包括三个过程，吸收、受激辐射和放大。
首先是吸收过程，固体激光器中的工作物质吸收外界能量，使得原子或分子处于激发态。
其次是受激辐射过程，当处于激发态的原子或分子受到外界激发能量的作用时，会发生受激辐射，产生与激发能量相同的光子，并且这些光子与外界激发能量的相位相同。
最后是放大过程，通过光学共振腔的作用，使得受激辐射的光子不断地在工作物质中来回反射，产生放大效应，最终形成激光。
固体激光器的原理中，工作物质的选择对激光器性能有着重要的影响。
常用的固体激光器工作物质包括Nd:YAG、Nd:YVO4、Ti:sapphire等。
这些工作物质具有较高的吸收截面、较长的寿命和较宽的工作波长范围，适合用于固体激光器的制作。
此外，激光器的光学共振腔结构也是固体激光器原理中的重要组成部分，它能够提供光学反馈，使得激光得以放大并输出。
在固体激光器的原理中，激光的输出特性是一个重要的参数。
激光器的输出特性包括波长、功率、脉冲宽度、光束质量等。
这些特性直接影响着激光器的应用效果和性能表现。
因此，在固体激光器的设计和制造过程中，需要对激光器的输出特性进行精确控制和调节。
总的来说，固体激光器原理是固体激光器产生激光的基本物理过程和原理。
通过吸收、受激辐射和放大三个过程，固体激光器能够产生高能量、高亮度、高单色性的激光。
固体激光器的原理为固体激光器的设计和制造提供了重要的理论基础，同时也为固体激光器的应用提供了技术支持。
随着科学技术的不断发展，固体激光器原理将会得到更深入的研究和应用，为激光技术的发展做出更大的贡献。
固体激光器原理及应用
固体激光器原理及应用固体激光器是一种使用固态材料作为工作介质，利用吸收外部能量激发材料内部电子跃迁产生激光的器件。
其原理基于材料内部的电子能级结构，通过能量输入使电子能级发生跃迁，产生一束高强度、窄谱线、准单色的激光束。
固体激光器具有激光输出稳定、寿命长、重复频率高、输出功率大等优点，因此在许多领域有着广泛的应用。
固体激光器的工作原理可以分为三个基本步骤：激发、放大和输出。
首先，通过能量输入使材料内部的电子从基态跃迁至激发态，形成一个激发态的粒子团。
其次，通过适当的增益介质，激发态粒子发生受激辐射过程，产生激光并且放大。
最后，通过激光输出装置将激光束从增益介质中输出。
固体激光器的工作介质一般是由具有合适外加激励源的能级结构的晶体或玻璃组成。
常用的材料有Nd:YAG（氧化钇铝铈钕）、Nd:YLF（钇铝石榴石）、Nd:YVO（钇钕钒酸盐）和Ti:sapphire（蓝宝石）等。
这些材料具有良好的耐热性、光学性能和谐振特性。
固体激光器的应用相当广泛。
在科学研究领域，固体激光器常用于物理、化学、生物学等学科中的实验室研究。
其高可靠性和稳定性使其成为激光生物学、光谱学和光物理学等领域的基础工具。
此外，固体激光器在通信领域也有着重要的地位。
特别在光纤通信系统中，固体激光器可以作为光源产生高质量的激光信号，用于传输和接收数据。
固体激光器还在制造业中得到广泛应用。
例如，固体激光器在激光切割、焊接和打标等加工过程中发挥着重要角色。
其高功率和高能量脉冲使其成为材料切割和焊接的理想工具。
此外，固体激光器还可以应用于材料精细处理、纳米加工和激光显微技术等领域，为制造业提供了更加高效和精确的加工手段。
此外，固体激光器还用于医疗领域。
例如，激光手术中使用的激光刀就是一种固体激光器。
固体激光器可以提供高能量和高精确性的激光束，用于切割、热凝固和热疗等医疗操作。
它在眼科手术、皮肤整形和癌症治疗等领域中有着广泛应用。
总之，固体激光器以其稳定的输出功率、高效的能量转化和丰富的应用领域而受到广泛关注和应用。
固体脉冲激光综合实验系统说明书-1
电光调Q固体脉冲激光器说明书（固体脉冲激光综合实验系统）【用途】●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、微电子等相关专业，可作为激光原理、激光器件与技术、光信息导论等课程的支撑。
●实验装置主要用于了解激光器的基本原理、基本结构、主要参数以及输出特性的测量和掌握激光器的装调方法以及调Q、选模、倍频等实验方法和原理。
●可使学生全面了解激光原理和激光技术，掌握掌握科学的实验方法。
●本套系统采取多种保护措施，有效的保护了操作者的安全。
【实验装置】1. 半导体准直光源.（650nm）2. 小孔光阑（Φ2mm）.3. 全反镜（曲率半径4m，镀膜对1064nm的反射率R=99.8% (Φ20)）4.KD*P Q开关晶体(Φ12*40)5. 偏振片(Φ30*5)6. 聚光腔（聚四氟乙烯材料）（3:激光棒Φ6*100（两端镀1064nm增透膜）和脉Nd YAG冲氙灯Φ7*90）.7. 输出镜（K9玻璃材质Φ20）8. KTP倍频晶体(8*8*7)9. 分光棱镜（60度、一面磨砂、边长40、厚度25 ）10. Q开关驱动电路盒（冷阴极闸流管（110*39*55））【技术参数】1 泵浦源：脉冲氙灯2 工作物质：Nd3+:YAG3 输出波长：1064nm（基频光） 532nm（倍频光）4 动态脉冲宽度: 8ns左右5 工作频率：1、3、5、10、20（pps）可外控（TTL）6 冷却方式：自循环水冷却系统7 倍频晶体：K T P8 电光晶体：*KD P【主要功能特点】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Nd3+:YAG 输出1064nm激光，经倍频后可以输出532nm激光。
固体激光器基本原理以及应用
汇报人：
单击输入目录标题 固体激光器的基本原理 固体激光器的应用 固体激光器的发展趋势
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固体激光器的基本原理
固体激光器的组成
泵浦源：提供能量使激光介质产生 激光如氙灯、半导体激光器等
冷却系统：保持激光介质的温度稳 定提高激光器的性能和寿命如水冷、
风冷等
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技术进步：提高输出功率、降低能 耗、提高稳定性
研究热点：新型材料、新型结构、 新型工艺等
固体激光器的应用拓展势
医疗领域： 用于眼科、 皮肤科等 疾病的治 疗
工业领域： 用于切割、 焊接、打 标等加工 工艺
科研领域： 用于光谱 分析、激 光雷达等 科学研究
军事领域： 用于激光 武器、激 光通信等 军事应用
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激光介质：产生激光的物质如YG晶 体、Nd:YG晶体等
光学谐振腔：使激光在腔内反复反 射形成稳定的激光输出如反射镜、
全反射镜等
电源和控制系统：提供激光器的工 作电压和电流控制激光器的工作状
态如电源、控制器等
固体激光器的工作原理
激光产生：通过激发态粒子的受激辐 射产生激光
激光治疗：用于 皮肤病、肿瘤、 血管疾病等治疗
激光诊断：用于 皮肤病、肿瘤、 血管疾病等诊断
激光美容：用于 皮肤美容、整形 等美容项目
军事领域的应用
激光制导武器：利用激光精确 制导提高打击精度
激光通信：实现远距离、高速、 保密通信
激光雷达：用于探测、跟踪、 识别目标
激光武器：用于摧毁敌方武器 装备、设施等
增益介质：使用固体材料作为增益介 质如稀土离子掺杂的晶体
1-3-GCS-YAG-BQ半导体泵浦固体激光综合实验
1-3-GCS-YAG-BQ半导体泵浦固体激光综合实验特点：本实验为典型的激光原理与技术综合实验，其内容覆盖了构造固体激光器谐振腔、斜效率研究、激光器被动调Q、激光器倍频等多个知识点，内容丰富，训练全面，系统接近实际应用。
本实验仪器用具的选择和设计具有很大的开放性，实验内容可根据教师需求发展成为不同方向的设计性实验，如激光器谐振腔稳定性研究，腔长对转换效率的影响，利用共焦球面扫描干涉仪进行模式分析，研究倍频效应等实验，既适合于教学研究，又可作为理论和实践相结合的设计性实验。
涉及课程：激光原理与技术、信息光子学、光电子学等等。
对学生的要求：熟悉激光原理，对激光技术有一定了解，具备初步的谐振腔调整经验和功率计、示波器使用经验。
实验内容：●固体激光器阈值及功-功转换效率的测量及研究●激光器倍频效应的研究●激光器被动调Q的研究1.固体激光器阈值及功-功转换效率的测量及研究基本原理：本实验采用2W半导体激光器作为泵浦（抽运）光源，光束整形后输出，通过透镜耦合，以端面泵浦的方式聚焦至激光晶体。
激光器通过谐振腔稳定性设计，采用平凹腔输出1064nm激光，可进行阈值与功-功（泵浦光功率-输出激光功率）转换效率的测量。
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） 学会测量阈值及功-功转换效率。
（3） 研究腔长对阈值及功-功（泵浦光功率-输出激光功率）转换效率的影响。
知识点：固体激光器，半导体激光器，泵浦，激光器谐振腔，阈值，功-功转换效率 原理示意图：2. 激光器倍频效应的研究基本原理：在上述激光谐振腔内插入KTP 晶体，进行腔内倍频，可产生532nm 激光。
实验目的：（1）了解固体激光器倍频的基本原理； （2）研究倍频效应。
知识点：激光器谐振腔、倍频晶体，倍频效应 原理示意图：3. 激光器被动调Q 的研究基本原理：将Cr:YAG 晶体放入上述激光谐振腔内被动调Q 产生脉冲激光，可测量不同泵浦光功率下的脉冲宽度和重复频率，了解其变化趋势。
「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」固体激光原理与技术是激光学中的重要专题，通过开展固体激光原理与技术的综合实验，可以进一步加深对固体激光的原理与应用的理解。
本文将结合我在固体激光原理与技术综合实验中的实际操作与实验结果，进行总结与分析。
固体激光器是一种利用实验高能粒子束（电子束或能量较高的离子束）轰击固体材料，使其中原子或分子由基态跃迁到激发态，再由激发态到基态时放出能量，达到产生激光的目的。
固体激光的特点是脉冲能量高、波长范围宽、光束质量好等。
在实验前期，我们首先进行了固体激光器的调试与优化。
通过调整准直镜和放大器内的透镜位置，保证激光的输出质量和稳定性。
同时，还对固体激光器的电路进行了优化，确保能量输入与输出的匹配度。
在实验过程中，我们还对固体激光的基本参数进行了测量与分析。
比如激光脉冲能量、重复频率、脉宽等参数。
通过实验测量，我们得到了与理论值相吻合的结果，验证了固体激光器的工作稳定性。
此外，我们还进行了固体激光与光纤耦合实验。
将固体激光器的激光输出经过多道实验室仪器，调整光纤接口，将激光耦合到光纤中，并在一定距离内传输。
实验结果表明，激光光纤耦合效率与光纤位置有明显关系，通过合理调整光纤位置，可以提高激光的耦合效率。
在实验的最后阶段，我们进行了固体激光的应用实验。
在此过程中，我们选择了微切割加工实验。
通过将固体激光器的激光输出与加工系统相连，实现对微细物体进行加工。
在实验中，我们通过控制激光的加工参数，如激光功率、扫描速度等，得到了精细、质量良好的加工效果。
总的来说，通过「固体激光原理与技术综合实验」，我对固体激光的原理与应用有了更深入的了解。
实验过程中，我熟悉了固体激光器的工作原理，掌握了调节和优化固体激光输出的技巧，学会了固体激光器与光纤耦合以及加工系统的连接与调整。
通过实验，我不仅加深了对固体激光的理论认识，还提高了实验操作技能，为今后从事相关工作打下了坚实的基础。
总结起来，通过「固体激光原理与技术综合实验」，我们对固体激光的原理和技术应用有了更深入的了解。
半导体泵浦固体激光器实验报告
半导体泵浦固体激光器实验报告实验名称：半导体泵浦固体激光器实验实验目的：1. 了解半导体泵浦固体激光器的工作原理和基本结构；2. 学习激光器的调谐方法和测量激光器的光学特性；3. 熟悉激光器的使用，掌握激光器实验中的各种技能。
实验原理：半导体泵浦固体激光器是利用半导体激光二极管激发固体激光材料来产生激光的一种激光器。
其基本结构如图所示：
固体激光器原理及应用固体激光器原理及应用摘要：固体激光器目前是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的优点。
本论文先从基本原理和结构介绍固体激光器，最后介绍其在监测，检测，制造业，医学，航天等五个方面的应用及未来的发展方向。
关键词：固体激光器基本原理基本结构应用1激光与激光器1.1激光1.1.1激光（LASER）激光是在1960 年正式问世的。
但是，激光的历史却已有100多年。
确切地说，远在 1893年，在波尔多一所中学任教的物理教师布卢什就已经指出，两面靠近和平行镜子之间反射的黄钠光线随着两面镜子之间距离的变化而变化。
他虽然不能解释这一点，但为未来发明激光发现了一个极为重要的现象。
1917年爱因斯坦提出“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。
激光，又称镭射，英文叫“LASER”，是“Light Amplification by Stimu Iatad Emission of Radiation”的缩写，意思是“受激发射的辐射光放大”。
激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。
1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
1.1.2产生激光的条件产生激光有三个必要的条件：1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构；2)有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转；3)有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。
1.1.3激光的特点与普通意义上的光源相比较，激光主要有四个显著的特点：方向性好、亮度极高、单色性好、相干性好。
1.2激光器激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。
它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程，从而获得产生放大相干的红外线、可见光线和紫外线（以至χ射线和γ射线）的能力。
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。
实验1NdYAG固体激光器实验
实验1NdYAG固体激光器实验hv21(a) 2 1 (b) 2 E 1(c) 图1、光与物质作⽤的吸收过程Nd ：YAG 固体激光器实验⼀、实验内容与器件1、了解半导体激光器的⼯作原理和光电特性2、掌握半导体泵浦固体激光器的⼯作原理和调试⽅法⼆、实验原理概述1. 激光产⽣原理光与物质的相互作⽤可以归结为光与原⼦的相互作⽤，有三种过程：吸收、⾃发辐射和受激辐射。
如果⼀个原⼦，开始处于基态，在没有外来光⼦，它将保持不变，如果⼀个能量为hv 21的光⼦接近，则它吸收这个光⼦，处于激发态E 2。
在此过程中不是所有的光⼦都能被原⼦吸收，只有当光⼦的能量正好等于原⼦的能级间隔E 1-E 2时才能被吸收。
激发态寿命很短，在不受外界影响时，它们会⾃发地返回到基态，并放出光⼦。
⾃发辐射过程与外界作⽤⽆关，由于各个原⼦的辐射都是⾃发的、独⽴进⾏的，因⽽不同原⼦发出来的光⼦的发射⽅向和初相位是不相同的。
处于激发态的原⼦，在外的光⼦的影响下，会从⾼能态向低能态跃迁，并两个状态间的能量差以辐射光⼦的形式发射出去。
只有外来光⼦的能量正好为激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射，且受激辐射发出的光⼦与外来光⼦的频率、发射⽅向、偏振态和相位完全相同。
激光的产⽣主要依赖受激辐射过程。
激光器主要有：⼯作物质、谐振腔、泵浦源组成。
⼯作物质主要提供粒⼦数反转。
hv 21 2 E 1(a) E 2E 1(b)hv 21 hv 21图2、光与物质作⽤的受激辐射过程泵浦过程使粒⼦从基态E 1抽运到激发态E 3，E 3上的粒⼦通过⽆辐射跃迁（该过程粒⼦从⾼能级跃迁到低能级时能量转变为热能或晶格振动能，但不辐射光⼦），迅速转移到亚稳态E 2。
E 2是⼀个寿命较长的能级，这样处于E 2上的粒⼦不断积累，E 1上的粒⼦⼜由于抽运过程⽽减少，从⽽实现E 2与E 1能级间的粒⼦数反转。
激光产⽣必须有能提供光学正反馈的谐振腔。
处于激发态的粒⼦由于不稳定性⽽⾃发辐射到基态，⾃发辐射产⽣的光⼦各个⽅向都有，偏离轴向的光⼦很快逸出腔外，只有沿轴向的光⼦，部分通过输出镜输出，部分被反射回⼯作物质，在两个反射镜间往返多次被放⼤，形成受激辐射的光放⼤即产⽣激光。
固体激光器的装调及静态特性
五、实验方法提示
（1）激光器的调整方法
用He-Ne激光器光束调整固体激光器的谐振腔反射镜，首先使它们轴向与红宝石棒对中，并使它们对He-Ne激光的反射光斑重合，达到严格平行。
（2）激光波形的观察
为了避免光强过强引起光电探测器饱和失真，需要用若干毛玻璃或纸片将激光衰减，衰减程度应以观察到不失真的激光波形为准。
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石时，则处于基态能级4A2的铬离子就吸收光泵的能量跃迁到能级4F2和4F1上。再经过非辐射跃迁的形式跃迁到2E上。2E是亚稳态，具有较长的能级寿命，平均寿命约为3毫秒。激发离子可在2E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。因为能级2E分离成为2 和 两个能级，从2 至4A2和 至4A2的跃迁分别发射692.9nm和694.3nm的光。不过，由于能级 的平均寿命比能级2 的平均寿命稍长，以及 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 至4A2跃迁的694.3nm。
实验四 固体激光器的装调及静态特性
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。
固体激光器的原理与应用
固体激光器的原理与应用固体激光器是一种利用固态材料作为激光介质的激光器。
它通过在固体介质中注入能量，激发材料内部的激活态粒子的跃迁，产生特定波长和相干性很强的光束。
固态激光器具有高效率、高功率、高可靠性和较长的寿命等优点，被广泛应用于科学研究、医学、材料加工、光通信等领域。
固体激光器的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 产生激活态：固体激光器中使用的材料通常是由能级结构比较复杂的晶体或玻璃材料，例如Nd:YAG（钕：铝石榴石）晶体。
这些材料中的掺杂离子（如钕离子）被外部能量（例如光或电）激发，电子会从基态跃迁到较高能级的激活态。
2. 跃迁过程：激发态的离子会在非常短的时间内经历自发辐射跃迁，从能量较高的激发态回到能量较低的激活态，发出光子。
这个跃迁过程的能量差就对应着激光器的波长。
3. 反射：在材料两端镀有高反射镜和半反射镜，高反射镜可以使激光光束反射回材料，而半反射镜可以放出一部分激光光束。
4. 光增强：当激光光束通过激活态的材料时，会诱发更多的离子跃迁，产生更多的光子。
这个过程叫做光增强，光子数目可以指数级增加。
5. 输出激光：一部分光通过半反射镜射出，形成一束可见激光光束。
这个激光光束具有相干性好、方向性强、能量集中等特点。
固体激光器具有广泛的应用领域，以下是其中一些重要的应用：1. 科学研究：固体激光器在科学研究中扮演了重要的角色，例如用于光学测量、激光光谱学、光学材料研究等。
激光的高相干性和高功率使得这些应用成为可能。
2. 医学：固体激光器在医学领域有多种应用，例如激光医疗和激光手术。
激光可以用于治疗疾病、进行手术切割、癌症治疗等。
激光的高能量和精确性使得医生可以更好地进行操作。
3. 材料加工：固体激光器也被广泛应用于材料加工领域，例如激光切割、激光焊接、激光打标等。
激光的高能量密度可以使得材料瞬间加热，达到加工的目的，比传统加工方法更加精确和高效。
4. 光通信：固体激光器在光通信中扮演了重要的角色。
固体激光器原理及应用
固体激光器原理及应用固体激光器是利用固体激光介质从激光管出射激光，其工作原理是通过在固体激光介质内注入能量激发原子或分子，使其处于激发态，当原子或分子从激发态跃迁至基态时，会放出激光辐射。
固体激光器具有输出功率高、波长选择范围广、重复频率高等优点，被广泛应用于材料加工、医学美容、通信、军事等领域。
固体激光器的工作原理如下：首先，通过外部能源（例如光或电）将能量输入到固体激光介质中，使其处于激发态。
当原子或分子处于激发态时，会发生跃迁，从而放出激光辐射。
这些激光光子在激光放大器中被不断放大，最终形成高功率的激光束。
通过激光输出装置，我们可以获得所需波长、功率和脉冲宽度的激光。
1.材料加工：固体激光器在材料加工领域有着重要的应用，可以用于切割、打孔、焊接、表面处理等工艺。
由于固体激光器输出功率高，能够在短时间内对材料进行高效加工，因此在工业生产中得到广泛应用。
2.医学美容：固体激光器在医学领域被用于皮肤治疗、脱毛、祛斑等美容项目。
激光束的高能量可以穿透皮肤表层，作用于深层组织，实现精确治疗效果。
3.通信：固体激光器在通信领域被用于光纤通信系统中，可以实现对光信号的发射、放大和调制，提高通信传输速率和距离。
4.军事：固体激光器在军事领域有着重要的应用，可以用于激光制导武器、激光测距、激光通信等领域，提高军事作战和侦察能力。
除了以上几个领域外，固体激光器还可以应用于科研、环境监测、光学仪器等领域，具有广泛的潜在应用价值。
在固体激光器的应用过程中，需要注意以下几点：1.固体激光器的稳定性：要保证固体激光器的光束输出稳定，功率均匀，波长一致，以满足各种应用的需求。
2.加强对固体激光器的保养和维护：固体激光器在长时间使用过程中会产生磨损或老化，需要定期维护，替换损坏部件，以延长使用寿命。
3.安全防护：固体激光器产生的高能量激光束对眼睛和皮肤有较强的危害性，使用时要做好防护工作，避免人员受伤。
总的来说，固体激光器在现代科技发展中扮演着重要的角色，其高功率、高功率密度和波长选择范围广等优点，使其在各个领域都有着广泛的应用前景。
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。
实验六 连续半导体泵浦固体激光器应用技术实验
实验六连续半导体泵浦声光调Q固体激光器应用技术实验（含激光刻蚀、标记、薄金属切割）实验目的（1）掌握声光调Q YAG激光器外调制工作原理和方式。
（2）掌握激光标记的工作原理和振镜工作原理、方式。
（3）分析不同的激光参数对激光标记的影响。
（4）掌握激光扫描系统的工作原理，理解激光加工的工作过程和实现方法，增强学生动手能力，自己设计图标，亲自操作控制设备完成整个雕刻过程。
实验原理激光标刻是利用高功率密度的激光，在各种不同的物质表面产生光化学效应或表层物质蒸发，在物质表层留下永久性标记的方法。
它与传统接触式方法相比，激光标刻是非接触式的，标记永久，可以对大批量生产的工件实行单个识别编号，可以有效地实现产品防伪。
，YAG、准分子和大功率半导按照激光器使用的光源不同，标刻机可分为CO2体、半导体泵浦固体激光器( DPSSL )及光纤激光打标机等几种类型。
目前常见的有Nd:YAG和CO2激光器。
随着技术的发展，新型激光源将更广泛地用于激光标刻系统中，从而促进激光标刻向轻型化、小型化方向发展。
目前彩色标刻也成为新的发展方向。
CO2激光器激光波长为10.6μm，木制品、玻璃、聚合物和多数透明材料对其有很好的吸收效果，因而特别适合在非金属表面上进行标记。
YAG激光器波长为1.06μm，其倍频光波长为532nm，产生的激光能被金属和绝大多数塑料很好地吸收，而且聚焦的光斑小，因而适合在金属等材料上进行高清晰度的标记。
半导体泵浦的Nd:YAG激光器光束质量好，寿命长，优势明显。
激光标刻机按照标刻方式可分为扫描式和掩膜式两种。
其中，扫描式又分为机械扫描和振镜扫描两种。
在振镜扫描式系统中，通常由两块分别由高精度伺服电机驱动的反射镜。
计算机（PC）主要完成人机交互、图形绘制、编辑、文件管理、系统设置等非实时性的功能。
在计算机上通过专用的打标控制软件输入设置需要标刻的文字及图样的大小，总的标刻面积，激光束的行走速度和需要重复的次数等标刻参数。
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。
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。
激光原理固体实验报告
1. 理解激光的产生原理，掌握固体激光器的工作机制。
2. 熟悉固体激光器的基本组成及其工作过程。
3. 学习使用激光器进行实验操作，观察激光输出特性。
二、实验原理激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）是一种通过受激辐射原理产生的高亮度、单色性好、方向性强的光。
固体激光器是利用固体激光材料作为工作物质的激光器，具有体积小、使用方便、输出功率大等特点。
固体激光器的工作原理如下：1. 激活离子吸收外界能量（如光、电、声等）后，从低能态跃迁到高能态，形成激发态。
2. 激发态的粒子是不稳定的，会自发地回到低能态，同时发出光子，称为自发辐射。
3. 当有外来光子与激发态粒子相遇时，激发态粒子会受激发射，产生与入射光子位相、频率和方向一致的光子，从而实现光的放大。
4. 激光器中的谐振腔使光在激光工作物质中多次往返，光子与激发态粒子发生受激辐射，使光强度不断放大。
三、实验仪器与材料1. 固体激光器（如红宝石激光器）2. 激光功率计3. 激光探测器4. 光谱分析仪5. 激光工作物质（如红宝石晶体）6. 反射镜片7. 光学支架1. 将固体激光器安装在光学支架上，确保激光器稳定。
2. 将激光功率计和激光探测器分别连接到激光器输出端和探测器位置。
3. 打开激光器电源，调节工作物质和反射镜片，使激光输出稳定。
4. 观察激光功率计和激光探测器显示的激光功率和光强。
5. 使用光谱分析仪分析激光光谱，观察激光的波长和线宽。
6. 改变激光器的工作条件，如工作物质温度、泵浦功率等，观察激光输出特性的变化。
五、实验结果与分析1. 激光功率和光强：实验过程中，激光功率计和激光探测器显示的激光功率和光强稳定，说明激光器工作正常。
2. 激光光谱：光谱分析仪显示的激光光谱呈现红宝石激光特有的红色谱线，波长约为694.3nm，线宽较窄，说明激光单色性好。
3. 激光输出特性：改变工作物质温度和泵浦功率，观察激光功率和光强的变化。
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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。
⑤改变腔长或输出镜，重复测试数据并进行比较，探究谐振腔的改变对激光出光功率、转换效率、阈值条件等各项指标的影响。
4．固体激光器倍频效应观察研究
①在调整好的1064nm激光器谐振腔中插入倍频晶体，通过微调倍频晶体，观察532nm绿光亮度的变化，直至最亮。
②用防护眼镜的不同镜片观察1064nm和532nm激光输出。
5．固体激光被动调Q测量及研究
①将倍频晶体换成被动调Q晶体，将半导体泵浦光源的电源旋钮调节到1A左右，微调晶体，直至在红外显示卡上看到激光点。
②测量1064nm固体激光的调Q输出功率与泵浦光源、基础激光的关系数据，填入下列表格。
③改变腔长或输出镜，重复测试数据并进行比较，研究对比所测参数的变化。
④将功率计更换为示波器探头，接收调Q输出光，从示波器读取调Q脉冲信号的脉宽及重复频率，填入下列表格。