Nd3+YAG激光器的阈值与斜效率测量.doc_第1页
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文档简介

一、实验目的1. 了解并掌握激光形成机理2. 了解激光阈值的概念，学会测量阈值3. 测量输入输出曲线及其斜效率的计算二、实验原理1. 普通光源的发光受激吸收和自发辐射普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收”过程。处在高能级（E2）的电子寿命很短（一般为108109秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。辐射光子能量为这种辐射称为自发辐射。原子的自发辐射过程完全是一种随机过程，各发光原子的发光过程各自独立，互不关联，即所辐射的光在发射方向上是无规则的射向四面八方，另外末位相、偏振状态也各不相同。由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。在通常热平衡条件下，处于高能级E2上的原子数密度N2，远比处于低能级的原子数密度低，这是因为处于能级E的原子数密度N的大小时随能级E的增加而指数减小，即Nexp(-E/kT)，这是著名的波耳兹曼分布规律。于是在上、下两个能级上的原子数密度比为式中k为波耳兹曼常量，T为绝对温度。因为E2E1，所以N2d 时，才能形成激光。这个门槛所对应的泵浦能量值或功率值叫做激光的阈值。当形成激光后，在一定范围内，输出激光能量正比于注入能量（可以用激光电源的能量、工作电压、闪光等的功率等来表示）。通过测量不同注入能量下的激光输出能量，可以得到一条能量输入-输出曲线。该曲线的斜率称为激光的斜效率。三、实验装置我们的实验装置是闪光灯泵浦的Nd3+:YAG激光器，图1-2为典型的Nd3+:YAG激光器结构示意图。图1-2 Nd3+:YAG激光器结构示意图通常Nd3+：YAG晶体被加工成直径为4-8mm、长60-100mm的棒状(根据实际需要而定)，两端磨成光学平面，平面的法线与棒轴有一个小夹角，光学表面镀有增透膜，棒的侧面加工为毛面，以防止寄生振荡。激发(泵浦)用的氙灯（连续激光常用氪灯）做成和YAG棒长度相近的直管形状，以便与YAG棒达到最佳的配合。为了有效地利用灯的光能，把棒和灯放在一个内壁镀金或其它高反膜的空心椭圆柱面反光镜中，它们各占据椭圆的一根焦线。附图1-3表示了这一结构的横截面。不难想象，闪光灯发出的光通过椭圆柱面镜的反射，原则上百分之百地到达YAG棒上。其它仪器：能量计。 图1.3 聚光腔横截面示意图四、实验内容与步骤1、 打开激光器，此时保证激光电源的工作电压为0V附近，并将能量计的探头置于激光的输出位置，打开能量计。2、 慢慢增大电压，同时密切检测能量计的读数。3、 当能量计的读数大于0时（注意排除噪声的影响），表明有激光输出，此时对应的电压即为阈值电压，可以计算出相应的阈值能量（CV2），C为充电电容，本激光器为100uF。V为工作电压4、 继续提高电压，每隔50V测量一个能量值。5、 画出输入-输出曲线，
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