脉冲固体激光器特性参数测量课件
合集下载
6-1 固体激光器特性
实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究固体激光器是指以某些晶体或特种玻璃为工作物质的激光器。
目前，世界上找到的能产生激光的固体物质有几十种，但应用比较成熟的只有钇铝石榴石（YAG：Nd3+）红宝石、钕玻璃等。
固体激光器有连续和脉冲两种工作方式。
连续激光器能长时间持续输出稳定的激光，功率从几毫瓦到几百瓦，脉冲激光器又可分为单脉冲激光器及重复频率激光器。
前者几秒钟发射一个脉冲，后者一秒钟发射几个到几十个脉冲，激光持续时间为毫秒级，功率为千瓦级。
在脉冲激光器上加一个调Q装置就成为巨脉冲激光器，它可以使激光脉冲缩短到纳秒（10-9s）数量级，从而大大提高了脉冲功率（兆瓦数量级）。
近年来出现的锁模技术的激光器——锁模激光器，其激光脉冲为皮秒（10-12s），甚至达到飞秒（10-15s）数量级，脉冲功率有很大增加。
固体激光器能输出连续激光或功率高的激光脉冲，从而产生用通常方法难以达到的局部超高温、超高压，因而应用越来越广泛。
在工业上用来打钟表钻石和喷丝头上的微孔，切割和焊接难熔金属。
在医疗上常用固体激光消除肿瘤以及作手术激光刀等。
以固体激光器为核心的激光测距仪和激光雷达广泛用于测量和国防上。
科学研究上常用固体激光器作为强光源实现动态全息摄影。
大能量的激光器还可以用来引发核聚变、探索受控热核反应等，前景十分广阔。
激光技术的飞速发展和广泛应用使得激光已成为高校中越来越多的学科、专业学习和研究的重要课题。
激光器的结构、工作原理，激光的形成条件及其性能和基本参数的检验与测定是非常必要的。
【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】（一）固体激光器的基本结构和工作原理激光，其英文为Laser，全名为Light amplification by stimulated emission of radiation，全名译为辐射的受激发光放大。
最新第5章固体激光器ppt课件
在纯净的、不含杂质的半导体中，由于热运动而产生的自由电子和空穴数量很少。这
时，半导体是一个不导电的绝缘体。但如果半导体中掺入杂质，情况就不同了。如四价半 导体中掺入五价半导体，就会在导带下形成杂质能级。杂质能级上电子很容易转移至导带 上去，这种杂质称为施主。掺施主杂质的半导体称为电子型半导体或N型半导体。而如果 我们在四价半导体中掺入三价元素，则会在价带上方形成受主杂质能级，价带上的电子可 跑到受主能级上去，从而在价带上产生许多空穴。这种半导体称为空穴型半导体或P型半 导体。
长 的 时 间 隧 道，袅
第5章固体激光器
工作物质 物理过程 激光谱线
泵浦源 泵浦特点
优缺点
输出特性 特点
固体激光器
红宝石激光器
Al2O3＋Cr2O3；Cr3＋决定光谱性能 三能级系统
0.6943μm+0.6929μm；0.6943μm占优 势
脉冲氙灯
YAG激光器
Al2O3＋Y2O3＋Nd2O3；Nd3 ＋决定光谱性能
⑤双简并半导体——半导体中存在两个费米能级。 (图f ); 两个费米能级使得导带中有自由电子；价带中有空穴。
4.在半导体中产生光放大的条件是在半导体中存在双简并能带
(图a—e )中的情况都只有一个费米能级，在它上面没有有自由电子，在它下面已经被 电子充满，不可能发生电子跃迁，只能将外来光子吸收。
一实用的固体工作物质
大多数为脉冲激光器，产生的激光脉冲是一系列的尖峰，宽度约为几个微米 转换效率低(总体效率：激光输出与泵浦源的电输入之比)
总体效率大概为0.5%-1%
1%-3%
输出能量大；峰值功率高；
5.1.4 新型固体激光器
3. 高功率固体激光器 ➢高功率固体激光器主要是指输出平均功率在几百瓦以上的各种连续、准连续 及脉冲固体激光器，它一直是军事应用和激光加工应用所追求的目标。 ➢从二十世纪七十年代起开始研制的板条形固体激光器，就是针对克服工作物 质中的热分布及其引起的一系列如折射率分布、应力双折射等固有矛盾而提 出的一种结构方案，其结构如图(5-8)所示。
小型脉冲固体激光器输出特性的实验研究
ｉ ｐ ｔｅ ｅ ｇ ｓｔ ｅ ｍｏ ｔｉ ｏ ｔ ｎ ｆｕ ｎ ｉ ｇ ｆ ｃ ｏ ｏ ｏ ｔ ｕ ｎ ｒ ｙ ｎ ｕ ｎ ｒ ｙ ｗａ ｈ ｓ ｍｐ ｒ ａ ｔｉ ｌ ｅ ｃｎ ａ ｔ ｒｔ ｕ ｐ ｔｅ ｅ ｇ ．Ｔｈ ｒ ｒ ｐ ｉ ｍ ｎ ｅ ｅ ｗｅ ｅ ｏ ｔｍｕ
＊
韩 玉 东 ， 张 方 唐 锐 陈 烁 。 ， ，
（ ． 械 工 程 学 院 光 学 与 电子 工 程 系 ， 北 石 家 庄 １军 河 ２ 中 国人 民解 放 军 ６８ ０部 队 ， ． ３５ 吉林 白城 ３ 中 国人 民解 放 军 ７４ ５ 队 ， 东 济 南 ． ２６ 部 山 ００ ０ ； ５ ０ ３ １７０ ； ３０ １ ２０２） ５ ０ ２
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ａ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｔ ｔｃ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ ｆ ｐ ｒ ｍ ｎｔ ｌｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｕ ｐｕ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ ｏ ｍ ｉ ｉ ｔ ｒ ｌｅ ｏ ｉ － ｔ ｔ ｄ ｌ ｓ ｒ ｎ ａ ｕ ｅ ｐｕ ｓ ｄ ｓ ｌｄ ｓ ａ ｅ ａ ｅ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ ａ ｅ ｅ ｈｎ ｏ ｄ ：ｌ ｓ ｒ ｔ ｃ ｏｌ ｇｙ；ｐ ｓ ｄ ｓ ｌｄ ｓ ａｔ ｄ ｌ ｓ ｒ ｕｌ ｅ ｏ ｉ — ｔ ｅ ａ ｅ ；ｏｕ ｐｕ ｈ ａ ｔ ｒ ｓ ｉｓ ｔ ｔｃ ａｒ ｃ ｅ ｉｔｃ
引 言
掺 钕钇 铝石 榴石 （ 以下 简称 Ｎｄ ＹＡＧ） 光 器 是 最 常用 的一 类 固体 激光 器 ， ： ： 激 Ｎｄ ＹＡＧ 基 质 为 钇 铝 石 榴石 晶体 Ｙ Ａ１ 其激 活 离子 为三 价钕 离 子 Ｎｄ ， 应用 于激 光 辐射 的第 一种 三价 稀 土 离子 ， 具 有 。 ｏ 是 其
ｌ ｎｇ ｈ ｏ ａ ｔ ｅ ｏ ｔ ｒａ ｔｍｕｍ ｒ ｎ ｍ ｉｔ ｎｃ ｓ ｏ ｕｔ ｕｔｍｉｒ ｅ ｔ ｆｃ ｖｉｙ ｒ ｓ ｎａ ｏ ｎｄ ｏｐ ｉ ｔ ａ ｓ ｔａ ｅ ｆｏ ｐ ｒ ｏｒｗｈｅ ｎｐｕ ｎ ｒ ｓ ｎｉ ｔｅ ｅ ｇｙ ｗａ
新激光ppt课件第八章 调Q技术与锁模技术
nL tc
式中tc
nL
c
为光子在腔内的寿命
d (G c 1 )
dt
n tc
d (G c 1 )
dt
n tc
当增益=损耗时，即为阈值条件
令 t tc
Gt
n ct c
则 d d (tcG n c1) (G G t 1)
GN
d
d
dN
N (
Nt 2
1) N
d
Nt
2.速率方程的解
1.工作物质储能调Q(PRM) 也叫脉冲反射式调Q.它是将能量以激活离子的
形式储存在工作物质中,能量储存的时间取决于激 光上能级的寿命.
(1).工作过程
(2).Q脉冲形成的三个时刻 (3).特点
Hale Waihona Puke 2.谐振腔储能调Q(PTM) 也叫脉冲透射式调Q.它是将能量以光子的
形式储存在谐振腔中,当腔内光子数密度达到最大 值时瞬间将腔内能量全部输出，因而也叫腔倒空法。
和选择合适的谐振腔，以降低Nt.
六、调Q方法
1. 电光调Q
电光调Q装置如图， 激光腔中插入起偏振片 及作为Q开关的KD*P晶 体。
原理:
电光调Q装置示意图
电光调Q激光器如图。未加电场前晶 体的折射率主轴为x、y、z。沿晶体光轴 方向z施加一外电场E ,由于普克尔效应, 主轴变为 x 、y 、z 。令光束沿z轴方向传 播,经偏振器后变为平行于Z轴的线偏振光, 入射到晶体表面时分解为等幅的 x 和 y 方 向的偏振光,在晶体中二者具有不同的折 射率 X 和 y 。经过晶体长度d距离后,二 偏振分量产生了相位差δ
由于一级衍射光偏离谐振腔而导致损耗增加,从而 使激光振荡难以形成,激光高能级大量积累粒子。若 这时突然撤除超声场,则衍射效应即刻消失,谐振腔损 耗突然下降,激光巨脉冲遂即形成。
第6章激光器的工作特性课件
固体脉冲自由运转激光器输出的尖峰脉冲 弛豫振荡现象：
固体（或半导体）激光器发出的一个脉冲，不是一个平滑 的连续脉冲，而是一个衰减尖峰序列。
光泵激励： 反转粒子数密度
受激辐射： 反转粒子数密度
增加 减少
——振荡带宽： 激光器小信号增益系数中大于 阈值增益系数的那部分曲线所 对应的频率范围。
起振模式数：
例 6-1 ：红宝石激光器腔长L=11.25cm，棒长
，折射
率 n=1.75 ，均匀加宽线宽
，激发参数
，求（1）满足阈值条件的振荡带宽；（2）起振纵模数。
6.3.2 均匀加宽激光器的输出模式 1. 模式竞争
2. 激光器的振荡阈值
阈值增益系数：
增益与损耗达到动态平衡，光强饱和，维持 稳定振荡
激光器的阈值反转粒子数密度： 阈值泵浦功率和能量： 3. 激光器的振荡模式 思考：激光器中能够起振的模式数有多少 ？ 1 均匀加宽激光器的纵模竞争
空间烧孔引起多模振荡
2 非均匀加宽激光器中的多纵模振荡
6.4 连续激光器的输出功率
小信号增益系数
阈值增益系数
腔内光强增大：
增益系数
下降（增益饱和作用）
稳定工作状态
6.4.1 均匀加宽单模激光器
且增益系数不太大时： 腔内平均光强：
为介质长度； 为单程损耗； 激光器单纵模振荡。
——激光束的有效截面面积（设横截面内光强均匀） 若除输出损耗以外的其它往返损耗率为 ， 则总平均单程损耗：
n2
Laser Radiation
Absorption
1E1
n1
n
阈值泵浦功率：
能级阈值粒子数密度
2. 短脉冲
激光器的阈值泵浦功率：
固体（或半导体）激光器发出的一个脉冲，不是一个平滑 的连续脉冲，而是一个衰减尖峰序列。
光泵激励： 反转粒子数密度
受激辐射： 反转粒子数密度
增加 减少
——振荡带宽： 激光器小信号增益系数中大于 阈值增益系数的那部分曲线所 对应的频率范围。
起振模式数：
例 6-1 ：红宝石激光器腔长L=11.25cm，棒长
，折射
率 n=1.75 ，均匀加宽线宽
，激发参数
，求（1）满足阈值条件的振荡带宽；（2）起振纵模数。
6.3.2 均匀加宽激光器的输出模式 1. 模式竞争
2. 激光器的振荡阈值
阈值增益系数：
增益与损耗达到动态平衡，光强饱和，维持 稳定振荡
激光器的阈值反转粒子数密度： 阈值泵浦功率和能量： 3. 激光器的振荡模式 思考：激光器中能够起振的模式数有多少 ？ 1 均匀加宽激光器的纵模竞争
空间烧孔引起多模振荡
2 非均匀加宽激光器中的多纵模振荡
6.4 连续激光器的输出功率
小信号增益系数
阈值增益系数
腔内光强增大：
增益系数
下降（增益饱和作用）
稳定工作状态
6.4.1 均匀加宽单模激光器
且增益系数不太大时： 腔内平均光强：
为介质长度； 为单程损耗； 激光器单纵模振荡。
——激光束的有效截面面积（设横截面内光强均匀） 若除输出损耗以外的其它往返损耗率为 ， 则总平均单程损耗：
n2
Laser Radiation
Absorption
1E1
n1
n
阈值泵浦功率：
能级阈值粒子数密度
2. 短脉冲
激光器的阈值泵浦功率：
激光原理5.1固体激光器的基本结构与工作物质
8 2ν2t复合
f
νGGf (νν)a内8cν221Lf2νlnν2erd1rJ2
J阈
a内
21Llnr1r2
8
22ed
c2
5.4.4 同质结和异质结半导体激光器
5.2.3 Ar+离子激光器
1. Ar＋激光器的结构
➢Ar＋激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气管等几部分组 成。如图(5-14)所示为石墨放电管的分段结构 。
图(5-14) 分段石墨结构Ar+激光器示意图
2. Ar＋激光器的激发机理
5.2.3 Ar+离子激光器
2. Ar＋激光器的激发机理 ➢Ar＋激光器与激光辐射有关的能级结构如图(5-15)所示
➢图(5-10 )是与产生激光有关的Ne原子的部分能级图，Ne原子的激 光上能级是3S和2S能级，激光下能级是3P和2P能级。
➢He-Ne激光器是 典型的四能级系 统，其激光谱线 主要有三条 : ➢3S2P 0.6328 ➢2S2P 1.15 ➢3S3P 3.39
图(5-10) 与激光跃迁有关的Ne原子的部分能级图
图5-1 固体激光器的基本结构示意图
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
2.红宝石激光器 ➢红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的氧化铬(Cr2O3) 生长成的晶体。它的吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)， 如图5-2所示。它属于三能级系统，相应于图5-3的简化能 级模型
图(5-2) 红宝石中铬离子的吸收光谱
图(5-26) PN能带
➢在P-N结上加以正向电压V时，形成结区的两个费米能级E
F
和E
F
，称为准费米能
级，如图(5-27)。
图(5-27) 正向电压V时形成的双简并能带结构
f
νGGf (νν)a内8cν221Lf2νlnν2erd1rJ2
J阈
a内
21Llnr1r2
8
22ed
c2
5.4.4 同质结和异质结半导体激光器
5.2.3 Ar+离子激光器
1. Ar＋激光器的结构
➢Ar＋激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气管等几部分组 成。如图(5-14)所示为石墨放电管的分段结构 。
图(5-14) 分段石墨结构Ar+激光器示意图
2. Ar＋激光器的激发机理
5.2.3 Ar+离子激光器
2. Ar＋激光器的激发机理 ➢Ar＋激光器与激光辐射有关的能级结构如图(5-15)所示
➢图(5-10 )是与产生激光有关的Ne原子的部分能级图，Ne原子的激 光上能级是3S和2S能级，激光下能级是3P和2P能级。
➢He-Ne激光器是 典型的四能级系 统，其激光谱线 主要有三条 : ➢3S2P 0.6328 ➢2S2P 1.15 ➢3S3P 3.39
图(5-10) 与激光跃迁有关的Ne原子的部分能级图
图5-1 固体激光器的基本结构示意图
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
2.红宝石激光器 ➢红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的氧化铬(Cr2O3) 生长成的晶体。它的吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)， 如图5-2所示。它属于三能级系统，相应于图5-3的简化能 级模型
图(5-2) 红宝石中铬离子的吸收光谱
图(5-26) PN能带
➢在P-N结上加以正向电压V时，形成结区的两个费米能级E
F
和E
F
，称为准费米能
级，如图(5-27)。
图(5-27) 正向电压V时形成的双简并能带结构
第二篇 固体激光器-第一讲
哈工大光电子信息科学与技术系
Page: 12
§1.3 固体工作物质
固 体 激 光 器
1. 稀土离子 • 铥（Tm3＋） 铥（Tm
• 与Cr或Ho一起实现YAG，YLF的高效闪光灯及二极管泵浦激光输 Cr或Ho一起实现YAG，YLF的高效闪光灯及二极管泵浦激光输 出。 • 二极管泵浦Tm：YAG实现2.01um输出 二极管泵浦Tm：YAG实现2.01um输出 • 二极管泵浦Tm：Ho：YAG实现2.09um输出 二极管泵浦Tm：Ho：YAG实现2.09um输出 • 高效闪光灯泵浦Cr：Tm：YAG实现1.945um和1.965um的可调输 高效闪光灯泵浦Cr：Tm：YAG实现1.945um和1.965um的可调输 出
• 液氮冷却的作用下，CaF2中产生过激光作用。 液氮冷却的作用下，CaF
哈工大光电子信息科学与技术系
Page: 13
§1.3 固体工作物质
固 体 激 光 器
2. 锕系离子
– 掺0.05%铀（U）的CaF2成功用于激光器，输出2.6um。 0.05%铀（U）的CaF 成功用于激光器，输出2.6um。
固 体 激 光 器
1. 稀土离子
• 钕（Nd3＋） 钕（Nd
• 实现了100多种基质中获得受激发射 实现了100多种基质中获得受激发射 • 以0.9um，1.06um，1.35um为中心，可实现若干频率的受激发射 0.9um，1.06um，1.35um为中心，可实现若干频率的受激发射
• 铒（Er3＋） 铒（Er
优质红宝石可达0.7，普通 优质红宝石可达0.7，普通 红宝石0.5，钕玻璃0.4， 红宝石0.5，钕玻璃0.4， Nd:YAG接近1 Nd:YAG接近1
A21 η2 = A21 + S21
Page: 12
§1.3 固体工作物质
固 体 激 光 器
1. 稀土离子 • 铥（Tm3＋） 铥（Tm
• 与Cr或Ho一起实现YAG，YLF的高效闪光灯及二极管泵浦激光输 Cr或Ho一起实现YAG，YLF的高效闪光灯及二极管泵浦激光输 出。 • 二极管泵浦Tm：YAG实现2.01um输出 二极管泵浦Tm：YAG实现2.01um输出 • 二极管泵浦Tm：Ho：YAG实现2.09um输出 二极管泵浦Tm：Ho：YAG实现2.09um输出 • 高效闪光灯泵浦Cr：Tm：YAG实现1.945um和1.965um的可调输 高效闪光灯泵浦Cr：Tm：YAG实现1.945um和1.965um的可调输 出
• 液氮冷却的作用下，CaF2中产生过激光作用。 液氮冷却的作用下，CaF
哈工大光电子信息科学与技术系
Page: 13
§1.3 固体工作物质
固 体 激 光 器
2. 锕系离子
– 掺0.05%铀（U）的CaF2成功用于激光器，输出2.6um。 0.05%铀（U）的CaF 成功用于激光器，输出2.6um。
固 体 激 光 器
1. 稀土离子
• 钕（Nd3＋） 钕（Nd
• 实现了100多种基质中获得受激发射 实现了100多种基质中获得受激发射 • 以0.9um，1.06um，1.35um为中心，可实现若干频率的受激发射 0.9um，1.06um，1.35um为中心，可实现若干频率的受激发射
• 铒（Er3＋） 铒（Er
优质红宝石可达0.7，普通 优质红宝石可达0.7，普通 红宝石0.5，钕玻璃0.4， 红宝石0.5，钕玻璃0.4， Nd:YAG接近1 Nd:YAG接近1
A21 η2 = A21 + S21
激光原理与应用讲-第五章资料
➢YAG中Nd3＋与激光产生有关的能级结构如 图(5-5)所示，属于四能级系统。
➢YAG 激光器的两条荧光谱线中心波长分别 为1.35μm和1.06 μm ， 后者强度约为前者的 4倍，因此激光输出为1.064 μm 。
图(5-5) Nd3＋:YAG 的能级结构
5.1.4 新型固体激光器
1. 半导体激光器泵浦的固体激光器 ➢半导体激光器泵浦固体激光器与闪光灯泵浦固体激光器相比主要优点包括： 能量转换效率高、产生的无功热量小、寿命长、结构简单、使用方便等。 ➢半导体激光器泵浦固体激光器的结构，有如图(5-7) 所示。
➢其激光谱线主要有三条 : 3S2P 632.8nm 2S2P 1.15m 3S3P 3.39m
➢其他谱线还包括黄光和橙光。
图(5-10) 与激光跃迁有关的Ne原子的部分能级图
He-Ne 激光管的工作原理
由于电子的碰撞,He被激发(到 23S和21S能级)的概率比 Ne 原子 被激发的概率大。
He 的23S，21S这两个能级都是亚稳态，集聚了较多的原子。由于Ne 的 5S 和 4S与 He的 21S和 23S的能量几乎相等，当两种原子相碰时非 常容易产生能量的“共振转移”；He 把能量传递给Ne而回到基态，而 Ne则被激发到 5S 或 4S态。
图(5-3) 红宝石中铬离子的能级结构
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
3.掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：YAG) ➢工作物质：将一定比例的A12O3、Y2O3，和Nd2O3在单晶炉中进行熔化结晶而 成的，呈淡紫色；它的激活粒子是钕离子(Nd3＋)，吸收光谱如图(5-4)所示。
图(5-4) Nd3＋:YAG 晶体的吸收光谱
1. He-Ne激光器的结构 ➢ He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种，如图(5-9)所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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
Hale Waihona Puke 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
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。
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
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。
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？