激光原理及应用实验讲义 -4个实验
激光原理及技术实验讲义
激光原理及技术实验讲义吴丽莹主编系别班级姓名哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院2006年6月实验一横向塞曼效应He —Ne 激光器的频率稳定Frequency Stabilization of Transverse Zeeman He —Ne Laser (FSTZL)一、简述激光器为什么需要稳频？这是精密计量的需要。
许多几何量的计量都以长度为基础，所以长度基准是非常重要的。
长度单位“一米”的定义是光在真空中1秒所走距离的299,792,458分之一。
这是一个绝对的定义。
实际上用激光波长作为测量的基准，这个基准的再现度可达到10-11—10-12。
He-Ne 激光器同其它光源相比，频率和波长已经很纯了，但是在连续运行过程中，会产生频率飘移，即频率值随时间变化。
频率的变化就等于波长产生变化，给精密计量带来误差，所以必须采用稳频技术。
频率的稳定程度用稳定度指标衡量, 稳定度是指激光器在一次连续工作时间内的频率漂移Δν与振荡频率ν之比S 的值越小，频率稳定度越高。
短期稳定度：观察取样时间小于1秒；长期稳定度：观察取样时间大于1秒，可以是数分钟或几小时二、实验目的结合仪器实物学习横向塞曼效应稳频激光器仪器结构、系统组成、稳频原理； 掌握稳频的控制方法与技术、实现激光频率的稳定；了解横向塞曼效应稳频激光器的性能、特点。
（例如：频率稳定度高，10-10，偏振性能好，拍频频率低，易接收等）三、实验原理3.1横向塞曼效应原子能级在外加磁场的作用下发生分裂的现象称为塞曼效应。
外加磁场方向与谐振光轴方向垂直，称为横向塞曼效应ννS ∆=图1 差拍干涉示意图3.2 差拍信号设频率分别为1f 和2f 的单色光波的振动方程分别为：()()111222cos 2cos 2E a f t E a f t πϕπϕ=-=-两个光波迭加得：[][])φ)t-(φf π(f )-φ)t-(φf π(f a 2121212121221cos 221cos2E E E ++⨯-=+=21b f f Δf -=是两分量之间的频差，频率为几十千赫芝到几百千赫芝，也即差拍。
激光原理与技术实验报告.doc
激光原理与技术实验报告.doc概述激光技术是一种应用广泛、发展迅速的新技术，在工业、医学、通讯等领域都有着广泛的应用。
本实验旨在了解激光的基本原理，掌握激光器的构造和激光束的生成与测量方法，以及掌握激光的一些基本特性和应用。
实验原理激光是指具有高度纯度、单色性好、方向性和相干性极强的光，其产生和放大是通过受激辐射过程完成的。
具体来说，激光器的工作原理是通过激发介质内的原子或分子，使其受激辐射，在辅助的反射镜的作用下，从而在激光器中形成一束具有极强方向性和相干性的激光。
实验装置实验装置如图所示，主要由He-Ne激光器、反射镜组、光路组件和功率测量仪等组成。
其中，He-Ne激光器是实验的主体部分，可产生波长为632.8nm的激光。
反射镜组是用来控制和调整激光束传输方向、聚焦和扩展等方面的效果。
光路组件包括凸透镜、切向波片、偏振片等，主要用来调整、过滤和分析激光束的偏振状态、强度和相位，以及产生不同的波长和形状的激光束。
功率测量仪主要用来测量激光束的功率、光密度和曲率等参数。
实验步骤1. 准备工作：检查实验装置的连接和安全，确认激光幽灵系统处于正常工作状态，注意保护眼睛。
2. 初步调整：用反射镜组将激光束从He-Ne激光器中传输到实验台上的观测屏幕上，调整反射镜组的位置和角度，以便获得尽可能高的反射率和强度。
3. 改变激光束的偏振状态：加入偏振片，以控制激光束的偏振状态和方向，观察不同偏振状态的激光束在屏幕上的反映情况，了解激光束的偏振特性。
4. 产生不同波长的激光束：加入切向波片和凸透镜组件，改变激光束的相位和波长，观察不同波长激光束在观察屏幕上的差异，掌握不同波长激光束的产生和调制方法。
5. 测量激光束的功率和强度：用功率测量仪测量激光束的功率和光密度等参数，掌握不同位置和距离的激光束的功率和强度变化情况，应用激光干涉和相位空间法等技术分析和处理激光束。
激光实验讲义
光电子技术实验实验一 CO 2激光器的功率测量一、 实验目的：了解CO 2激光器的基本原理、结构和功率输出特性，并掌握CO 2 激光器的操作规程和功率测量方法。
二、 实验原理：1、CO 2激光器工作原理：CO 2激光器的工作物质为CO 2气体， 辅助气体为N 2、He 、Xe 、H 2。
CO 2分子中，激光跃迁能够在多组振动能级间实现，其中较强的激光谱线对应着00 1——10 0带和00 1——02 0带的激光跃迁。
图1为与这两个带有关的CO 2分子和N 2分子的部分能级图。
00 1——10 0带和00 1——02 0带的激光跃迁的上能级是00 1振动能级 ，它是反对称振动模式的最低激发态。
激光跃迁下能级分别为10 0（对称振动模式的最低激发态）和02 0（弯曲振动模式的次最低激发态）。
00 1——10 0跃迁产生10.6m μ的辐射，00 1——02 0跃迁产生9.6mμ的辐射。
由于它们有共同的上能级，因此这两种跃迁是互相竞争的。
00 1——0 0的跃迁几率比00 1——02 0的跃迁几率大得多，因此对应于00 1——10 0跃迁的激光振荡更易实现，常用CO 2激光的波长即为10.6m μ。
事实上，纯CO 2激光器的输出功率很低，仅毫瓦量级。
加入N 2、He 、Xe 、H 2等辅助气体后，可使激光输出大大增强，这些辅助气体的作用:（1）N 2：N 2分子气体是CO 2激光器的主要辅助气体，起共振能量转移的作用，增大CO 2分子00 1能级的激发速率，显著的加大了粒子数反转分布的程度。
（2）He ：He 的热导率高，He 气对CO 2 气体有冷却作用，有利于激光下能级 10 0和02 0 的抽空，因而可增加激光跃迁能级间的粒子数反转分布的程度。
（3）Xe ：Xe 的电离电位低，Xe 的加入可以增加激光管内工作气体的电离度及CO 2分子的能量转换效率。
（4）H 2：H 2有利于激光下能级10 0和低能级0110的抽空，从而增大粒子数反转分布的程度。
激光的原理及应用实验报告
激光的原理及应用实验报告1. 引言激光（Laser）是一种著名的光源，具有高度的单色性、高亮度和直射性等特点，因此在众多领域有着广泛的应用。
本实验旨在研究激光的原理，并通过实际应用实验来进一步了解激光在医学、通信等领域中的应用。
2. 激光的原理激光的原理基于受激辐射（Stimulated Emission）和激光放大原理（Laser Amplification）。
2.1 受激辐射受激辐射是指当一个原子（或分子）处于激发态时，有一个外来辐射的光子与该原子（或分子）相互作用，从而使原子（或分子）跃迁到较低能级，并将辐射出一个和激发光子具有相同能量、频率、相位和传播方向的光子。
2.2 激光放大原理激光放大原理是指通过将入射光在放大介质中多次来回反射，从而使光强度不断增加，达到激光输出的过程。
3. 实验方法3.1 实验仪器和材料•激光生成器•反射镜•透射镜•激光干涉仪•激光接收器3.2 实验步骤1.将激光生成器放置于实验平台上，并根据实验需求调节激光器的输出功率和频率。
2.使用反射镜和透射镜等光学元件，将激光束调整为所需尺寸和光路。
3.将调整后的激光束通过激光干涉仪进行干涉检测。
4.使用激光接收器测量激光的功率和频率。
4. 实验结果与讨论4.1 实验结果通过实验，我们测得了激光的功率和频率，并观察到了激光干涉仪的干涉图样。
4.2 讨论根据实验结果，我们可以验证激光的单色性和相干性。
同时，实验还可以进一步验证激光的直射性和高亮度。
5. 激光的应用激光作为一种特殊的光源，在众多领域中有广泛的应用。
5.1 医学应用•激光医学：激光可用于手术、治疗和诊断等医学应用。
•激光眼科学：激光被广泛应用于近视矫正、白内障手术等眼科治疗中。
5.2 通信应用激光在通信领域中应用广泛： - 光纤通信：激光可用于传输信号和增强光纤通信的传输距离和传输速率。
- 激光雷达：激光雷达可用于测距、速度计量和环境感知等应用。
5.3 其他领域的应用除了医学和通信领域，激光还在其他领域有重要应用： - 工业加工：激光可用于切割、焊接、打孔等工艺的精密加工。
激光_光学实验报告
一、实验目的1. 熟悉激光的基本原理和应用。
2. 掌握激光器的基本结构和工作原理。
3. 学习使用激光器进行光学实验，观察激光的传播、干涉、衍射等现象。
4. 提高实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理1. 激光原理：激光是一种相干光，具有单色性好、方向性好、亮度高等特点。
激光的产生基于受激辐射原理，即当高能粒子（如电子）跃迁到高能级时，受到特定频率的光子激发，产生相同频率的光子，从而实现光的放大。
2. 激光器基本结构：激光器主要由增益介质、光学谐振腔和激励能源组成。
增益介质提供受激辐射的粒子，光学谐振腔形成驻波，放大受激辐射的光子，激励能源提供粒子跃迁所需的能量。
三、实验仪器与设备1. 实验仪器：激光器、光具座、分光计、干涉仪、衍射光栅、法布里-珀罗干涉仪等。
2. 实验设备：电源、计算机、数据采集卡等。
四、实验内容与步骤1. 激光器基本特性实验（1）观察激光束的传播：将激光器放置在光具座上，调整激光器使其发出的激光束垂直于光具座，观察激光束在空气中的传播情况，记录激光束的传播路径和形状。
（2）测量激光束的功率：使用激光功率计测量激光束的功率，记录数据。
2. 激光的干涉现象实验（1）双缝干涉实验：搭建双缝干涉实验装置，调整双缝间距和光源位置，观察干涉条纹，记录干涉条纹的形状和间距。
（2）白光干涉实验：将白光通过狭缝，形成单缝衍射图样，观察干涉条纹，记录干涉条纹的形状和间距。
3. 激光的衍射现象实验（1）单缝衍射实验：搭建单缝衍射实验装置，调整单缝宽度，观察衍射图样，记录衍射图样的形状和宽度。
（2）光栅衍射实验：搭建光栅衍射实验装置，调整光栅常数，观察衍射图样，记录衍射图样的形状和宽度。
4. 法布里-珀罗干涉仪实验（1）观察法布里-珀罗干涉仪的原理：搭建法布里-珀罗干涉仪实验装置，调整干涉仪，观察干涉条纹，记录干涉条纹的形状和间距。
（2）测量干涉仪的腔长：通过调整干涉仪的腔长，观察干涉条纹的变化，记录腔长与干涉条纹间距的关系。
激光原理及应用实验报告（有详细答案）
激光原理及应用实验报告（有详细答案）实验一测定空气折射率一、实验目的1、熟练掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法；2、学会调出非定域干涉条纹，并测量常温下空气的折射率。
二、实验原理本实验室建立在迈克尔逊干涉光路的基础上来做的。
激光束经短焦距凸透镜会聚后可得到点光源S，它发出球面波照射干涉仪，经G1分束，及M1、M2反射后射向屏H的光可以看成由虚光源S1、S2发出的。
其中S1为点光源S经G1及M1反射后成的像，S2为点光源S 经M2及G1反射后成的像。
这两个虚光源S1、S2发出的球面波，在它们能相遇的空间里处处相干，即各处都能产生干涉条纹。
我们称这种干涉为非定域干涉。
随着S1、S2与屏H的相对位置不同，干涉条纹的形状也不同。
当屏H与S1、S2连线垂直时（此时M1、M2大体平行），得到园条纹，圆心在S1、S2连线与屏H的交点O处。
当屏H与S1、S2连线垂直平分线垂直时（此时M1、M2于H的距离大体相等），将得到直线条纹。
图1 实验装置三、实验方法和步骤1、测空气的折射率调出非定域条纹干涉后，改变气室AR的气压变化错误！未找到引用源。
，从而使气体折射率改变错误！未找到引用源。
，引起干涉条纹“吞”或“吐”N条。
则有错误！未找到引用源。
，于是得错误！未找到引用源。
（1）其中D为气室烦人厚度。
理论上，温度一定，气压不太大时，气体折射率的变化量错误！未找到引用源。
与气压变化量错误！未找到引用源。
成正比：错误！未找到引用源。
（常数）故错误！未找到引用源。
p，将式（1）代入可得错误！未找到引用源。
2、实验步骤1）将各器件夹好，靠拢，调等高。
2）调激光光束平行于台面，按图所示，组成迈克耳孙干涉光路（暂不用扩束器）。
3）调节反射镜M1和M2的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。
4）加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干涉圆环。
5）紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（40kPa）为止，记为△p。
6）缓慢松开气阀放气，同时默数干涉环变化数N，至表针回零。
激光原理实验讲义word
激光原理实验讲义嘉应学院激光原理实验讲义编写人：杨晓冬一.激光技术调节基本技能训练一.实验目的：1.初步掌握准直光束调节方法2.初步掌握反射面镜调节方法3.初步掌握凸透镜的调节方法二.实验装置和调节方法1.准直光源调节:在光学平台上装调激光之前,通常需要建立与光学平台平行、且空间方位固定的准直光束，以便于对光学元件的空间方位进行调整。
产生准直光束的光源通常是氦氖激光器产生的632.8nm光束，也可以采用655nm的半导体激光器，要求必须是可见光束。
在调节过程中，准直光源必须牢稳固定，如果在调解过程中光源移动，则准直光束必须重新建立，实验也必须重新开始。
在光学平台上建立准直光束通常需要不少于两块空间方位可调节的反射镜、一个标示高度的标高尺，标高尺制作如图1所示：ａ）将一片高度约为15cm的钢板尺固定在一块规则平整的矩形金属块上，钢板尺本身的刻度就可以作为表明光束高度的标示，由于钢板尺刻度较多，因此可以标注的范围较大，但精度不一定很高；b）用金属板表面小孔作为标示光束高度的标示，该标高尺通常用于准直光束高度固定的情况下准直光束建立。
标高尺正面做一条垂直标示线(如图中红线所示).矩形金属块矩形金属块带刻度钢板尺小孔标示线标示线准直光束调节方法如图2所示：要建立一条与光学平台水平,沿AB方向准直光束,首先根据要确定光束的方位确定两块反射镜的位置,要求光束最后照到的反射镜2的中心大致位于所要建立的直线上,打开激光光源,使光束照在反射镜1的中心位置,调节反射镜1的位置和俯仰角使光束大致照在反射镜1的中心,同时保证反射镜2大致沿着AB直线方向.在AB直线的正下方选取M、N两点(N点远离反射镜2),用笔作标记,将标高尺标示线下端正对N点放置,调节反射镜2,使光束入射到标示线,高度达到所要求的准直光束高度,然后再将标高尺标示线下端正对M点,调节腔镜1,使光束达到所要求的标示高度,反复进行上述步骤,最终就可以使光束沿着所要求的AB方向.为了更清楚说明这一点举例如下:准直光束离光学平台高度50mm,在AB直线的正下方选取M、N两点(N点远离反射镜2)后，将标高尺首先放置于Ｎ点，调节反射镜１的俯仰角，使激光束照射在50mm刻度处的标示线上，再将标高尺移到Ｍ点，调节反射镜１，使光束照射在50mm刻度处的标示线上；反复进行此过程，激光束将逐渐逼近ＡＢ直线，最终就可以与ＡＢ直线重合．为方便记忆调节方法，我们作如下规定，并记如下口诀：将Ｎ点在光束的远端，将其称为远点，而Ｍ点称为近点；反射镜１被称为远镜，反射镜２被称为近镜，调节口诀为：远点（Ｎ点）调近镜（反射镜２），近点（Ｍ点）调远镜（反射镜１）．反射镜1反射镜2MN2．利用准直光束对腔镜进行调节．2.1反射面镜调节-通常作为激光腔镜1.平面腔镜的调节:平面腔镜调节较为简单，可通过调节固定平面镜俯仰角使光束原路返回。
武大光科激光原理四个实验
实验一大功率氦氖激光器的安装与调试实验【实验目的】1、通过对He-Ne激光器的安装与调试熟悉气体激光器的结构和工作原理。
2、学会调整光学谐振腔的基本方法。
3、要求将激光器调整到有最佳输出状态。
【实验原理】氦--氖激光器是一种原子气体激光器，它主要由放电管、光学谐振腔、激励源三部分组成。
激光器的结构因放电管和谐振腔镜片的连接方式不同而有内腔式、外腔式、半内腔式之分。
（1）外腔式（2）半内腔式内腔式为两镜片与放电管分离。
对于全外腔的激光器，它的腔是可调的，反射镜片和放电管的窗片都暴露在空气中，虽然生产厂都已进行了防尘封蔽措施，但是随着使用时间的延长，尘埃、水汽等还是会侵入，污染反射镜片和窗片，使激光器输出功率下降，直至不出光。
激光器在使用过程中，由于其本身的热涨冷缩及外界振动等原因，都会使腔变形，也影响着激光器的模式，输出功率稳定性等指标。
因此，使用者应该学会必要的维护技术和调整技术。
激光器结构示意图见实验图1：实验图1 激光器结构示意图【实验操作与现象】1．检修指南：(1)激光器不出光时检查程序：电源一放电管一气体颜色一反射镜一布儒斯特窗一谐振腔一毛细管电源激光器被点燃，激光放电管辉光放电，如一个霓虹灯一样。
如果不能辉光放电，首先检查电源是否有问题。
电源出了毛病，则需要修理电源或更换电源。
放电管其次检查放电管。
放电管破裂而漏气或铝电极严重溅射损坏都会点不着。
有时虽然能够点燃，但放电也不稳定，一闪一闪的，这是电源与放电管匹配不好而至。
放电管的参数有了变化或者电源出了毛病，都会出现放电不稳定。
气体颜色如果能够点燃，并能稳定放电，而由于管内工作物质的成分发出变化，也导致无激光输出。
氦氖激光器正常辉光放电是橙红色。
主要观察阳极和阴极附近的放电颜色。
颜色变兰或兰紫色，则放电管侵蚀入了空气。
颜色呈乳白色，则是放电管去气不彻底或侵入水气。
以上情况都属放电管损坏，必须更换新管芯。
反射镜激光器的反射镜片严重污染，也会使激光器无激光输出。
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故具有畸变像差量的透镜，对以等角速度偏转的入射光，在焦平面上的扫描速度就是等速的。由于此镜头的像高等于 · ，故常简称为F- 透镜。
四、实验内容与步骤
1、CO2激光器工作特性
1）开启水冷系统；
2）将功率计探测面置于激光器输出光路；
3）将激光电源的电流旋钮逆时针旋至零位；
4）开启激光电源；
5）顺时针微调激光电源电流旋钮；
半导体激光器驱动电流的确定是通过测量串联在电路中的R上电压值。电路中的驱动电流在数值上等于R两端电压与电阻值之比。
步骤：
1）用万用表测出滑动变阻器R的精确值；
2）按如图所示电路联结驱动源、滑动变阻器R和LD；
3）用万用表测量滑动变阻器R两端电压UR，；
4）根据电路中电流I=UR/R计算得出半导体激光器的驱动电流；
半导体激光器由于有源层模截面的不对称和很小的线度，其远场光斑既不对称，又具有很大的光束发散角，这是因其发射区域小，引起了衍射效应所致。图4是一个半导体激光器的典型远场辐射图，两个半功率强度点处的全角宽分别记为θ⊥和θ〃，为光束发散角。
图4边发射半导体激光束光场特性
四、实验内容与步骤
1、半导体激光器P-I曲线和V-I曲线测量
图2注入型半导体激光器的基本结构图3面发射半导体激光器基本结构
P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小，Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，当电流大于Ith时，输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系。
2、激光扫描工作原理
激光打标是基于f-theta镜的原理，将扫描振镜的转角信息转换成位移信息。设F- 透镜焦距为 ，总扫描角度为2 ，扫描场的覆盖长度为L。
在普通照相物镜中，如果校正了畸变，其像高为：
H= .tg
将此式两边对时间微分得：
=
可见，对等角速度偏转的入射光束在焦平面上的扫描速度不是一定的。
3.掌握半导体激光器的光场特性；
4.了解半导体激光器温漂特性；
5.掌握半导体激光器的使用方法。
二、实验器材
边发射和面发射半导体激光器各1支，功率计1台，TEC温控器1台，万用表1台，光谱仪1台，光场分布显示仪1台，连接导线20根，滑动变阻器1只
三、实验原理
半导体激光器(激光二极管，Laser Diode)的具有波长可控、体积小、重量轻、结构简单、使用方便、效率高和寿命长等优点。半导体激光器的工作特质主要是III-V族化合物半导体、IV-VI族化合物半导体以及II-VI族化合物半导体。其振荡波长覆盖范围很宽，约从30μm（PbSnTe）的红外波段到320nm（ZnS）的紫外波段。目前应用最多的材料是GaAs-AlGaAs（0.8-0.9μm）InP-InGaAsP(1.3-1.35μm)和InP-InGaAs(1.5-1.65μm)材料。半导体激光器的激励方式有：p-n结注入电流激励、电子束激励、光激励、碰撞电离激励等。
图1声光调Q激光器原理示意图图2声光调Q激光脉冲建立过程
在简化的二能级系统中，高能级的载流子数大于低能级的载流子数就实现了载流子的反转分布，受激辐射将大于受激吸收而产生光学增益。在半导体激光器中受激跃迁发生在被占据的导带电子态和价带空穴态之间，其跃迁发生在能量分布较广的能级之间，这时载流子反转分布的条件有所不同。
在一定温度T时，电子占据导带和价带中某一能级E的几率fe(E)和fv(E)满足费米-狄拉克分布，分别为
对F- 透镜，为得到一定的扫描速度，像高必须为：
H= .
这样：
其中， 是扫描元件恒定的角速度。这样即可实现在L=2H=2 . 范围内的等速扫描。这即是要求F- 透镜故意产生正的畸变，当扫描角度 增大时实际像高比几何光学确定的理想像高小，是它的 倍，其线畸变为：
H= .tg - . = tg ）
其相对畸变为：
2）N2分子共振能量转移
电子碰撞激发N2的振动能级的总截面很大。N2和CO2的基态分子发生碰撞时，N2将激发能量转移给CO2分子，使之激发到0001能级。N2作用类似He-Ne中的He。激光下能级衰变慢，不利于抽空，He与该能级CO2分子碰撞使其衰变加快，利于下能级抽空，He热导率高，利于把放电区剩余热量带走，避免热效应造成的下能级粒子数积累。
6）仔细观察放电管中的现象；
7）在不同电流状态记录功率计功率显示，并画出P-I曲线；
8）测量完毕后，将激光电源旋钮逆时针缓慢旋至零位；
9）关闭激光电源；
10）关闭水冷系统。
2、激光扫描实验
1）开启计算机；
2）打开激光打标软件；
3）开启水冷机；
4）在工作台上放置纸板击打标；
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R(Ω)
UR(V)
I(mA)
V(V)
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R(Ω)
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I(mA)
V(V)
P(mW)
2、半导体激光器光场特性观测
步骤：
1)开启半导体激光器；
2)打开光场显示仪；
3)将半导体激光发射的光束照射到光场显示仪的探测面上；
4)从显示器上观测半导体激光的光场分布；
气体中一般还需要加入N2气，利用其v＝1能级与CO2分子的001能级相差较小，可以实现共振转移，选择性激励co2分子进入001态，特别由于N2气的v=1态不能通过自发辐射跃迁回带到基态，故增大了共振转移的几率。泵浦过程：
1）电子碰撞激发
e*+CO2(0000) CO2(0001)+e
受到电子碰撞的CO2分子被激发到高振动激发态通过振动模间能量交换，被能级0001收集。
7）观测扫描振镜的变化情况及纸板上打出的标记。
五、思考题
1、CO2激光器工作物质中N2的作用？
2、f-theta镜是一个有畸变的光学系统，为什么能利用f-theta镜在一个平面内打出一个理想的标记？
实验
一、实验目的
1.了解半导体激光器的基本原理、结构、分类和基本特性；
2.了解半导体激光器P与I、V与I的关系；
5)改变半导体激光器与光场显示仪间距离，观测光场变化情况。
五、思考题
1.试说明半导体激光器发光工作原理。
2.环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响？
3.试说明注入半导体激光器电功率对半导体激光光束特性的影响。
4.简述边发射半导体激光器光束整形的意义。
5.简述边发射半导体激光器与面发射半导体激光器的区别。
CO 分子反对称振动
图1 CO 分子振动模型
图2 CO2分子能级跃迁过程
其中前两个过程进行得很快，而后两个过程进行得很慢，故分子堆积在010能级上，形成瓶颈效应，而使粒子数反转减小，特别是温度升高时，由热激发而使010能级上分子增加，造成粒子数反转的严重下降，甚至停振，最后一个式子中的M代表辅助气体。如果选择恰当的气体(常见的如H2O和H2)作为辅助气体，可促进010能级上分子的弛豫过程。另外由于010能级上的分子扩散到管壁上会引起消激发，这就使器件的管壁不能太粗。另外，为了增加气体的热导率，通过在气体中加入He气，可实现对放电管的冷却，同样使气体流动，都是降低温的好办法。
CO2激光器的工作气体是CO2、N2和He的混合气体。波长9-11um间，处于大气传输窗口（吸收小，2-2.5um;3-5um;8-14um）。利用同一电子态的不同振动态（对称、弯曲和反对称振动）的转动能级间的跃迁。
图1 CO2激光器典型结构
CO2激光器由工作气体、放电管、谐振腔和电源等组成。放电管大多采用硬质玻璃(如 )制成，放电管的内径和长度变化范围很大。为了防止内部气压和气压比的变化而影响器件寿命，放电管外加有贮气管。为了防止发热而降低输出功率，加有水冷装置。激光器的输出功率随着放电管长度加长而增大。
PN结在外加电压V=Eg/e时，平衡态破坏，多数载流子分别流入对方而变为少数非平衡载流子，（e从N区的导带注入到P区与其中空穴复合，空穴从P区的价带注入到N区）非平衡载流子间的复合以光辐射形式放出即自发发射，自发发射光对腔模起到“种子”的作用，价带电子吸收自发发射光子后跃迁到导带即受激吸收，若导带中电子在自发发射光子作用下与价带空穴复合发射出光子即受激辐射。要使p-n结产生激光，必须在结构内形成粒子反转分布状态，需使用重掺杂的半导体材料，要求注入p-n结的电流足够大（如30000A/cm2）。这样在p-n结的局部区域内，就能形成导带中的电子多于价带中空穴数的反转分布状态，从而产生受激复合辐射而发出激光。
实验
一、实验目的
1、了解CO2激光器的工作原理及典型结构；
2、掌握CO2激光器的输出特性；
3、掌握CO2激光器的使用方法；
4、掌握激光扫描及F-Theta镜的工作原理。
二、实验器材
CO2激光管1支，激光电源1台，功率计1台，水冷系统1套，扫描系统1套，控制器1套，计算机1台
三、实验原理
1、CO2激光器工作原理
5）然后用光功率计测得在此驱动电流下半导体激光器发出激光的功率P；
6）改变滑动变阻器电阻值，重复步骤1）-5）测量不同电流情况下光功率，从而完成P-I特性的测试，找出半导体激光器阈值电流Ith的大小，并可根据P-I特性得出半导体激光器的斜率效率。
图7测量电路
图8 LD半导体激光器P-I和V-I曲线
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在激光器开始泵浦时，声光Q开关的射频驱动源产生的高频振荡信号加在电声换能器上，产生超声波场，超生波场作用于声光介质后在其中形成等效相位光栅，光束通过该光栅发生衍射，光波偏离出腔外，谐振腔处于高损耗低Q值状态,腔内无法实现激光振荡，即提高振荡阈值使振荡不能形成，上能级的反转粒子数就可以大量积累（可储存时间决定于上能级寿命）。当积累到饱和值时，突然使腔的损耗减小，Q值突增，激光振荡迅速建立起来，即当高频信号作用停止，声光介质中的光栅消除，腔内激光振荡输出，谐振腔处于低损耗高Q值状态,相当于Q开关打开。高频振荡信号的加载和消除导致Q值变化一次,输出一个调Q激光脉冲。