【正文】 輸 出激 光 晶 體輸 出 鏡 圖 5 端面泵浦的激光諧振腔形式 如 圖 所示，則平凹腔中的 g 參數(shù)表示為： 1 11 1,Lg R? ? ? 2 21 Lg R?? （ 4） 根據(jù)腔的穩(wěn)定性 條件， 1201gg??時腔為穩(wěn)定腔。確定水泵及其控制線連接完好。按下激光器啟動開關(guān)，“ START”鍵亮。 (2) 改變激光電源電壓，分別測量激光電源電壓為 500V、 600V、 700V、 800V 和 900V時的輸出能量值（若時間允許，可間隔 50V 測量）。 (3) 關(guān)機(jī)順序?yàn)椋合劝咽謩娱_關(guān)斷開，關(guān)掉預(yù)燃，最后關(guān)電鑰匙。 激光器調(diào) Q 的概念 激光器的 Q 值又稱品質(zhì)因數(shù)，是表征激光諧振腔的腔內(nèi)損耗一個重要參數(shù)，其定義為腔內(nèi)貯存的能量與每秒鐘損耗的能量之比： 0=2Q ?? 腔 內(nèi) 貯 存 的 激 光 能 量每 秒 鐘 損 耗 的 激 光 能 量 （ 1） 式中 0? 為激光的中心頻率。這時腔內(nèi)會像雪崩一樣以極快的速度建立起極強(qiáng)振蕩，在短時間內(nèi)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)大量被消耗，轉(zhuǎn)變?yōu)榍粌?nèi)的光能量，并在輸出鏡端輸出一個極強(qiáng)的激光脈沖，其脈寬窄（ 106~109s 量級），峰值功率高（大于 MW），通常把這種光脈沖稱為巨脈沖。 63? 是電場方向平行于光軸的電光系數(shù)， 41? 是電場方向垂直于光軸的電光系數(shù)。對于 m??? 、 KDP 晶體的 /2 4000VV? ? 左右。這樣，在調(diào)制晶體上加有 1/4 波長電壓的情況下，由介質(zhì)偏振器和 KDP24 調(diào)制晶體組成的電光開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，諧振腔的 Q 值 很低，不能形成激光振蕩。隨著泵浦的進(jìn)一步作用，腔內(nèi)光子數(shù)不斷增加，可飽和吸收體的透過率也逐漸變大，并最終達(dá)到飽和。為了保證激光器的調(diào)整精度， HeNe 激光器應(yīng)距 Nd： YAG 激光器2 米以上。打開激光電源的鑰匙開關(guān)，檢查水冷系統(tǒng)工作是否正常。 表 1 激光器靜態(tài)和動態(tài)輸出 輸入電壓（ V） 靜態(tài)輸出（ mJ） 動態(tài)輸出（ mJ） 400 500 600 700 800 900 990 降低泵浦電壓到零， 然后從小到大緩慢增加，測量不同電壓時激光器輸出脈沖的平均能量。 嚴(yán)禁用手直接觸摸氙燈電極以及激光電源的輸出線，以免觸及高壓放電回 路造成人身傷害。 通俗地說， 極化強(qiáng)度中與光波電場二次方成比例的這一部分極化強(qiáng)度相當(dāng)于存在一種頻率為 2ω 的振蕩電偶極矩。 例如，對于負(fù)單軸晶體，在正常色散情況下， 滿足條件： ne（ 2ω ）＞ ne（ ω ）和 n0（ 2ω ）＞ n0（ ω ） ，但 o 光的折射率面是球面， e 光的折射率面是橢圓 。 本實(shí)驗(yàn)中的倍頻就是通過倍頻晶體實(shí)現(xiàn)對 Nd:YAG 輸出的 1064nm 紅外激光 的 倍頻 ，將其倍頻 成 532nm 的 綠光。在激光技術(shù)中已被廣泛采用。 對于 正常色散 材料，倍頻光的折射率 n(2ω )總是大于 基頻光的折射率 n(ω )，所以不可能實(shí)現(xiàn)相位匹配 。 光學(xué)倍頻來源于媒質(zhì)在 基頻光波電場作用下產(chǎn)生的二階非線性極化， 當(dāng)入射光很強(qiáng)時，入射光在晶體材料中感生的電極化強(qiáng)度 P 可能包含非線性項： P=X(1)E+X(2)E2 如果某點(diǎn)處入射光波表示為 E=E0cosωt ，則 可見，電極化強(qiáng)度中除了有直流成分外，還有頻率為 ω 的基頻和頻率為 2ω 的倍頻成分。 六、 實(shí)驗(yàn)中注意事項： 本實(shí)驗(yàn)輸出的激光為高峰值功率脈沖激光，做本實(shí)驗(yàn)前必須佩戴防護(hù) 1064nm激光的防護(hù)眼鏡。 測量激光器的輸出特性：改變脈沖泵浦能量，用能量計分別測量幾組靜、動態(tài)輸出能量，并填入下表。 如圖 1 所示，將介質(zhì)偏振片插入光路。確定水泵及其控制線連接完好。 Cr4+:YAG 被動調(diào) Q 的工作原理 當(dāng) Cr4+:YAG 被放置在激光諧振腔內(nèi)時，它的透過率會隨著腔內(nèi)的光強(qiáng)而改變。由于電光效應(yīng)產(chǎn)生的電感應(yīng)主軸 x’和 y’與入射偏振光的偏振方向成 45度角。 6322()y x o zn n l n V??????? ? ? （ 7） 式中 zzV El? 為加在晶體 z 向兩端的直流電壓。 電光調(diào) Q 的基本原理 23 （ 1） KDP 晶體的縱向電光效應(yīng)： 本實(shí)驗(yàn)所用的電光晶體為 KDP 晶體，屬于四方晶系 42m 晶類，光軸 C 與主軸 z 重和，未加電場時，在主軸坐標(biāo)系中 KDP 晶體的折射率橢球方程為： 2 2 2221oex y znn? ?? （ 3） 其中 no、 ne 分別為尋常光和異常光的折射率。如果我們設(shè)法在泵浦開始時使諧振腔內(nèi)的損耗增大，即提高振蕩閾值，使振蕩不能形成，激光工作物質(zhì)上能級的粒子數(shù)大量積累。一般情況下，自由運(yùn)轉(zhuǎn)的脈沖激光器輸出的激光脈沖的脈寬在幾百 μs～幾 ms 之間，峰值功率也較低。 (2) 根據(jù)步驟 (1)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)激光器的輸入能量（輸入電壓）在某一固定值的情況下，激光器的輸出能量有一最佳值。 輸出鏡 激光晶體 全反鏡 HeNe 激光器 圖 8 激光器光路調(diào)整示意圖 2．激光器輸出 輸入 曲線的測定： (1) 在激光諧振腔調(diào)整完成后，開始測量激光器的 輸出 輸入曲線。 一切檢查無誤后 打開激光電源的鑰匙開關(guān)，檢查POS NEG PUMP POWER 1 2 5 6 3 4 9 10 圖 7 后面板控制示意圖 21 水冷系統(tǒng)工作是否正常。 5% 1 含探頭（傳感器類 型：熱釋電） 12 輔助激光器 HN250 2mW、 、φ 36250mm 1 含激光電源 13 激光管夾持器 GCM180201M 1 14 磁性表座 GCM420201M 2 15 支桿 GCM030112M L76 2 16 調(diào)節(jié)支座 GCM030302M L 76 2 17 光闌 GCM5701M 1 開關(guān)型脈沖激光電源技術(shù)說明 ： A、額定參數(shù)： （ 1） 輸入電壓： AC220V 允許177。激光晶體的一面鍍泵浦光增透和輸出激光全反 膜，并作為輸入鏡，鍍輸出激光一定透過率的凹面鏡作為輸出鏡?？梢?，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布并不一定能形成激光振蕩，還必須滿足閾值條件。這種聚光腔的種類較多，如單橢圓柱面腔、雙橢圓柱面腔、相交圓柱面腔和緊包腔等。為了提高轉(zhuǎn)換效率和泵浦燈的使用壽命，常采用預(yù)燃或準(zhǔn) 預(yù)燃方式。燈管是由耐高溫、機(jī)械性能和透光性能好石英玻璃制做的。平行平面腔的特點(diǎn)是 調(diào)整精度高、模體積大，需要仔細(xì)調(diào)整激光諧振腔。因此在 4I3/2→ 4I11/2和 4F3/2→ 4I13/2 之間較容易實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布。 Nd3+： YAG 的激活離子 Nd3+的能級圖如圖 1 所示。 2． 如圖 12，用 光電接收器分別接收不同級衍射光，改變驅(qū)動功率，用示波器觀察調(diào)制光強(qiáng)波形。 （ 四 ） 衍射光強(qiáng)分布的測量 光柵常數(shù) 如圖 11 搭好實(shí)驗(yàn)儀器， 重復(fù)實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容（ 一 ） 的步驟，令觀察屏上的衍射光點(diǎn)最多。 【思考題】 為什么入射角增大衍射光斑數(shù)目減少 ? （二） 觀察超聲駐波場的像，測量聲波的傳播速度。 v 可以用聲致折射率的變化Δ n 來表示，即 （ 13） 則 ?????? ?????? ?? nLII i ??221s in 21 （ 14） 設(shè)介質(zhì)是各向同性的，由晶體光學(xué)可知，當(dāng)光波和聲波沿某些對稱方向傳播時，Δ n 由介質(zhì)的彈光系數(shù) P 和介質(zhì)在聲場作用下的彈性應(yīng)變幅值 S 決定，即 PSnn 321??? （ 15） )1,0()s in( s in ???? mnm idis ?????????????????????????2sin2cos2120vIIvIIiinLv ?? ??2衍射光 1? 2? ?s ?i ?d B C x (a) ?s C E ?i ?d 2? 3? (b) A D G F 入射光 x 1 2 入射光 2 3 3 x 圖 6 產(chǎn)生布喇格衍射條件的模型 )1,0()c o s( c o s ???? mnmx idi ???10 式中 S與超聲驅(qū)動功率 Ps 有關(guān)，而超聲功率與換能器的面積（換能器寬度 H換能器長度 L）、聲速 s? 與能量密度 2221 Ss??（ ? 是介質(zhì)密度 ） 有關(guān)，即 ? ? HLSSHLPsssS 2322 2121 ????? ???????? （ 16） 因此， 32 SS HLPS ??? （ 17） 于是 3333221221SSSS IPnHL PPnn ???? ????? （ 18） 式中， HLPI ss ? 稱為超聲強(qiáng)度。對于駐波超聲場，這些鏡面是完全不動的，如圖6 所示。 應(yīng)該注意到：由 于 )0(0s in ???? 整數(shù)mmkk si ?siism mkkm ??? ????s innLLknvvJI imm ????? ??2)(),(2)()( 22 vJvJ mm ??1)(2)( 1 220 ?? ?? vJvJ m???????????????????????????????????012022/])12([2/])12(s i n [2/])12([2/])12(s i n [)(2/)2(2/)2s i n (2/)2(2/)2s i n ()(r sisisisirr sisisisirpqkrlkqkrlkqkrlkqkrlkvJqqrklkqrklkqrklkqrklkvJqELknv i)(?? ik8 表明無吸收時衍射光各級極值光強(qiáng)之和應(yīng)等于入射光強(qiáng)，即光功率是守恒的。 xktntxn ss s ins in2),( ????7 按照聲波頻率的高低以及聲波和光波作用長度的不同，聲光 相 互作用可以分為拉曼－納斯衍射和布拉格衍射兩種類型。 6 x 匹配網(wǎng)絡(luò) 壓電換能器 驅(qū)動源 聲光介質(zhì) 圖 1 駐波聲光調(diào)制器 圖 2 聲光介質(zhì)中超聲駐波的形成過程 沿 X 正方向和負(fù)方向傳播的振動可以寫成如下形式 ? ?? ?.sin ,sin21 xktAa xktAassss ?? ?? ?? 應(yīng)用加法定理可得到合成駐波的表達(dá)式 xktAa ss co ssin2 ?? （ 1） 由此可直接得出，在 xkscos 等于零的各點(diǎn)，位移 a 恒等于零；這是在 x 等于 π /2 的奇數(shù)倍時產(chǎn)生的。 圖 2 所示就是這種波在 十個彼此相等的瞬時間隔時的情況。在界面處總是發(fā)生位移波節(jié)和聲壓波腹。聲光效應(yīng)為控制激光束的頻率、方向和強(qiáng)度提供了一個有效的手段。 二、 實(shí)驗(yàn) 原理 聲波是一種彈性波（縱向應(yīng)力波），在介質(zhì)中傳播時，它使介質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)的彈性形變，從而激起介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)沿聲波的傳播方向振動，引起介質(zhì)的密度呈 疏密相間的交替變化，因此，介質(zhì)的折射率也隨著發(fā)生相應(yīng)的周期性變化。