光电信息综合实验复习范围

光电信息综合实验复习范围首先，试题：(1)对或错(10个问题，20分)(2)填空(共10格，30分)(3)名词解释(共3题，24分)(4)计算问题的简单答案(共2个问题，26分)二、考试时间：(60分钟)在2018年6月20日下午(第17周，星期三)，14:00-15:00将花费60分钟。三、审查范围：光电信息综合实验(1)复习范围：实验1(包括介绍)(1)激光的成分；激光实验的观察方法：本课程所用激光的特性。光学谐振腔、工作物质和激发系统；用光电探测器进行直接目视观察(主观观察)和客观测量；氦氖激光器：功率通常约为毫瓦，并持续发光。因为它容易制造，更便宜，更可靠，所以用途更广。由于其良好的单色性，相干长度可以达到几十米到几百米。半导体泵浦固体激光器：具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点。补充：常见的光电探测器包括光电池、光敏电阻、光电池和电荷耦合器件探测器等。(2)泵耦合方式；结束泵耦合模式；半导体泵浦固体激光器的泵浦方法。主要有端泵和侧泵。直接耦合和间接耦合(组合透镜系统耦合、自聚焦透镜耦合、光纤耦合)；间接耦合(组合透镜系统耦合)(3)课前预习题(1)半导体固态激光器的特性；(2)两种泵耦合模式是什么？(3)直接耦合和间接耦合的区别；间接耦合的常见方式有哪些？如何压缩和耦合本实验？效率高，体积小，使用寿命长；端泵和侧泵；直接耦合：半导体激光器的光发射表面紧紧地附着在增益介质上，因此泵浦光束在发散之前被增益介质吸收。泵浦源和增益介质之间没有光学系统。这种耦合模式称为直接耦合模式。直接耦合模式结构紧凑，但在实际应用中难以实现，容易损坏激光器。间接耦合：指在泵浦结束前，对半导体激光器输出的光束进行准直和整形。；组合透镜系统耦合、自聚焦透镜耦合、光纤耦合；在本实验中，半导体激光器的快轴准直和发散角压缩是用光纤柱透镜实现的，然后用组合透镜对泵浦光进行整形和变换。每个透镜表面涂有泵浦光减反射膜，耦合效率高。这个实验的压缩和耦合就像错误！找不到参考源。图1.1本实验中LD光束快轴压缩耦合泵示意图实验2(1)本实验中使用的激光晶体是什么？有什么优势？它的吸收光谱有什么特征？(图2.1)掺钕钇铝石榴石(Nd : YAG)，Nd 3离子部分取代Y3Al5O12晶体中的Y3离子；具有量子效率高、受激辐射截面大、光学质量好、热导率高、易于生长等优点；Nd:YAG在807.5nm处有一个强吸收峰图2.1钕：钇铝石榴石晶体中钕的吸收光谱(2)如何调平指示器激光？如实物照片所示(图2.2)，将808nm半导体泵浦光源固定在谐振腔光路导轨座的右端，将650nm指示激光器和调节架固定在导轨的最左侧。将“小孔径光阑”放置在650纳米激光的右侧，调整指示器激光的二维平移旋钮，使650纳米指示器激光束击中输出镜的中心，将“小孔径光阑”移动到导轨的最右侧，调整指示器激光的二维间距旋钮，使650纳米激光束仍击中“小孔径光阑”的中心，并重复几次调平指示器激光。图2.2指示激光调节光路的物理图(3)课前预习题目(1)激光晶体的概念；(2)钕：钇铝石榴石的吸收光谱特征是什么？如何调平指示激光外界提供的能量可以转化为高度平行的晶体材料，在空间和时间上具有激光相干性一侧镀有泵浦光增透膜和输出激光全反射膜；镀有一定输出激光透过率的凹面镜作为输出镜(3)如何轻松获得基模输出？如图3.1所示，平腔中的g参数表示为：根据空腔的稳定性条件，时间空腔是一个稳定的空腔。因此，空腔在当时是稳定的。同时，很容易计算出腰部位置在晶体的输入平面上，其中光斑大小为：在这个实验中，R1是一架飞机，R2=200毫米，l=80毫米。由此我们可以计算出它的大小。因此，激光晶体的输入表面上的泵浦光的光斑半径应该使得泵浦光能够与基模振荡模式匹配，并且能够容易地获得基模输出。(4)课前预习问题(1)复习1064纳米固体激光发射的调试方法；(2)如何选择谐振腔的最佳输出状态？(3)改变输出镜的透射率，将固体激光模式，激光输出功率，转换效率，阈值条件等。改变？(4)改变空腔长度，上述项目会改变(1)如物理照片(图2.4)所示，将1064nm“激光输出镜”放置在激光晶体的左侧，使输出镜的涂层面向激光晶体，中间留出150mm160mm的距离，以便将其他器件插入后腔。调整输出镜的二维间距旋钮，使输出镜反射的650nm指示器激光束光斑返回到指示器激光出口，并关闭指示器激光。图2.4激光输出镜光路调整物理图(2)将半导体泵浦光源的电源旋钮调到1A，取出红外显示卡，放在输出镜的左端，轻轻摇动输出镜，使左卡显示出一条长条状光斑，微调输出镜的二维间距旋钮，使长条状光斑慢慢向内收缩，固定输出镜，微调二维间距旋钮，最后收缩成圆形光斑。根据空腔的稳定性条件，时间空腔是一个稳定的空腔。因此，空腔在当时是稳定的。；实验4(1)本实验使用什么倍频晶体？它的特点是什么？什么是最佳相位匹配角？KTP晶体；它在1064nm附近具有很高的有效非线性系数和良好的热导率。最佳相位匹配角为q=90，f=23.3，相应的有效非线性系数deff=7.3610-12v/m。(2)哪两种倍频技术？他们各自的特点是什么？腔内倍频和腔外倍频；腔内倍频是指将倍频晶体置于激光谐振腔中，由于其功率密度高，更适合固体激光器的连续工作。腔外倍频法是指将倍频晶体置于激光谐振腔外的倍频技术，更适用于脉冲工作的固态激光器。(3)常用的调Q方法有哪些？这个实验用了什么方法？有什么优势？常见的调Q方法包括电光调Q、声光调Q和无源饱和吸收调Q。本实验中使用的Cr43360YAG是一种饱和吸收调Q开关。它结构简单，使用方便，无电磁干扰，能获得峰值功率大、脉宽小的巨脉冲。(4)本实验中使用的是哪种调Q晶体？它的被动调Q的工作原理是什么？(简介)铬43360钇铝石榴石被动调Q的原理是，当铬43360钇铝石榴石被放置在激光谐振腔中时，其透射率会随着腔内光强的变化而变化。在激光振荡的初始阶段，Cr4 :YAG的透射率较低(初始透射率)。随着泵浦增益介质中反转粒子数量的增加，当谐振腔增益等于谐振腔损耗时，反转粒子数量达到最大值，可饱和吸收体的透过率仍为初始值。随着泵浦的进一步作用，腔内光子数不断增加，可饱和吸收体的透射率也逐渐增加，最终达到饱和。此时，Cr43360YAG的透射率突然增加，光子数密度迅速增加，激光振荡；光波电磁场与非磁性透明介质相互作用时，光波电场中会出现极化现象。当产生强激光时，产生的介质的偏振不再与场强成线性关系，而是明显地表现出二次和更高的非线性效应。倍频现象是二次非线性效应的一个特例。常见的倍频晶体包括KTP、KDP、LBO、BBO、LN等。实验5(1)媒体收益与哪些因素相关？介质增益与毛细管长度、内径、两种气体的比例、总气压、放电电流等因素有关。(2)半外腔激光法按照图5.2所示的氦氖激光谐振腔调整和功率测量实验装置，安装好所有器件，然后打开电源开关。十字准线板功率计探头测力计氦氖半外腔激光器图5.2氦氖激光谐振腔调整和功率测量实验图台灯用于照亮交叉灯丝板，交叉灯丝面向半外腔激光器。通过叉板中心的小孔，目视检查氦氖激光器的毛细管腔。调整叉板小孔的位置，以便操作者可以在毛细管另一端的空腔板上看到非常亮的点，并将亮点调整到毛细管的中心。调节半外腔激光器的后腔镜旋钮。此时，操作者可以通过十字板的小孔看到被照亮的十字板图案在半外腔激光器的后腔镜面上反射的图像。调整后腔镜框架旋钮，使十字线图像的交点与毛细管中的亮点重叠。反复调整，直到激光器发光。(3)课前预习问题(1)氦氖激光器由哪些部分组成？(2)媒体收益与哪些因素相关？(3)激光振荡的条件是什么？(4)内腔氦氖激光器和外腔氦氖激光器有什么区别？氦氖激光器(简称氦氖激光器)由光学谐振腔(输出镜和全反射镜)、工作物质(密封在玻璃管中的氦和氖)和激发系统(激光电源)组成。简而言之，为了建立激光振荡，腔的损耗必须小于介质的增益。内腔氦氖激光器的腔镜封装在激光管的两端，外腔氦氖激光器的激光管、输出镜和全反射镜安装在调节支架上。实验6(1)什么是多普勒展宽？(查看激光原理书或百度)事实上，发光原子随机运动，运动原子发出的光波产生多普勒频移。位移的大小取决于沿观察方向的原子运动速度的分量。接近的原子发射频率增加，而远处的原子发射频率降低。不同速度分量的原子发射频移是不同的。叠加的总效应导致谱线的多普勒展宽，其值与绝对温度的平方根成正比。多普勒展宽通常比自然宽度大2 3个数量级。(2)激光谐振腔中连续振荡的条件是什么？连续振荡的条件是光在谐振腔中往返的光程差应为波长的整数倍。也就是说，(6-1)(3)什么是纵向模式？纵向模式的特征是什么？相邻纵模的频率间隔是多少？这正是光波相干性最大的条件，满足这一条件的光将大大增强。式中，是折射率，对气体来说，是腔长，是一个正整数，每个纵向对应一个稳定的电磁场分布，称为纵向模，称为纵向模序数。是一个非常大的数字，通常我们不需要知道它的值。(纵向模式是指沿谐振腔轴向的稳定光波振荡模式)；纵模特性：相邻纵模的频率间隔相等；一组对应于同一横模的纵模，其强度顶点构成多普勒线的轮廓线。相邻纵模的频率间隔与激光器的腔长成反比。我将振膜靠近激光器，调节激光器，远离音高，靠近左右移动，多次。给定激光器的腔长，如何计算自由光谱区和共焦腔的腔长？相反，给定共焦腔的腔长，如何计算相邻纵模的频率间隔和激光器的等效腔长？v=c/2Lvq=1=c/2Lc/2L实验7激光横模的定义和特征。这是因为每次光通过放电毛细管反馈回来，就相当于一次衍射。重复衍射在横向的同一个波腹处形成一个或多个稳定的衍射点。每个衍射点对应一个稳定的横向电磁场分布，称为横向模式。我们看到的复杂光斑是这些基本光斑的叠加，图7-1显示了几个常见的基本横向模式光斑图案。图7-1常见基本横向模式光斑图案不同的横模对应不同的频率，横模序数越高，频率越高。简而言之，任何模块都是纵向和横向的。它有两个名字(2)相邻横向模态的频率间隔与相邻纵向模态的频率间隔的比值关系？相邻横向模式之间的频率间隔为(7-2)相邻横向模式频率间隔与纵向模式频率间隔之比是一个分数，如图7-2所示。分数的大小由激光器的腔长和曲率半径决定。空腔长度与曲率半径的比值越大，分数值越大。当腔长等于曲率半径(L=R1=R2，即共焦腔)时，分数值达到最大值，即相邻两个横模的横模间隔是纵模间隔的1/2，横模序差为2的谱线频率恰好退化为纵模序差为1的谱线频率。图7-2垂直和水平模具间距示意图实验8(1)高斯光束的三个重要参数是什么？腰部半径的定义。、分别表示高斯光束的光斑半径、等平面曲率半径和相位因子，这是描述高斯光束的三个重要参数。它被定义为场振幅减小到最大值的值，称为腰斑，即高斯光束光斑半径的最小值。(2)光斑半径随坐标的变化规律。光点的半径遵循带坐标的双曲线。规则向外扩展，如图8-1所示图8-1高斯光束的定义及相关参数(3)瑞利范围和远场发散角的定义。在光学，尤其是激光科学中，我们将鞍形腰(图中最低点)设置为A，其横截面积为A。沿光传播方向，当横截面积因散射达到2a时，我们将其设置为B，瑞利范围或瑞利范围准确地指从A到B的长度(即，如图所示的ZR)。相关参数为共轭焦距B，其长度是瑞利范围的两倍。当光波按照高斯模型传播时，瑞利范围非常重要