【正文】 導(dǎo)體激光器 圖 6 調(diào)節(jié)方法：1）按圖 6 將激光管、小孔、諧振腔 B、半導(dǎo)體激光器調(diào)在一個(gè)平面上。撤掉半導(dǎo)體激光器和小孔，此時(shí)，氦氖激光器的諧振腔調(diào)整結(jié)束，激光器正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)從與光輸出的方向平行（縱向）和垂直（橫向）兩個(gè)不同的角度去觀測(cè)和分析每個(gè)模時(shí)，發(fā)現(xiàn)又分別具有許多不同的特征，因此，為方便每個(gè)模又相應(yīng)稱(chēng)作縱模和橫模。實(shí)際上，由于能級(jí)總有一定的寬度以及其它因素的影響，增益介 質(zhì)的增益有一個(gè)頻率分布，如圖 2 所示，圖 1 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 圖中 為光的增益系數(shù)。因而用縮短腔長(zhǎng)的辦法是獲得單縱模運(yùn)行激光器的方法之一。我們所看到的復(fù)雜的光斑則是這些基本光斑的疊加。當(dāng)腔長(zhǎng)等于曲率半徑時(shí)（ ） ，分?jǐn)?shù)值達(dá)到極大，即橫模間隔是縱模間21L?隔的 1/2，橫模序數(shù)相差為 2 的譜線頻率正好與縱模序數(shù)相差為 1 的譜線頻率簡(jiǎn)并。當(dāng)我們對(duì)光斑進(jìn)行觀察時(shí)，看到的是全部橫模的疊加圖，即圖 4 中幾個(gè)單一態(tài)光斑圖形的組合。反射鏡鍍有高反射率膜。如在lA、B 兩點(diǎn)，形成一束束透射光3……和 、1?、 ……我們?3在壓電陶瓷上加一線性電壓，當(dāng)外加電壓使腔長(zhǎng) 變化到某一長(zhǎng)度 ，al使相鄰兩次透圖 7 共焦球面掃描干涉儀內(nèi)部光路圖 射光束的光程差是入射光中模波長(zhǎng)為 這條譜線波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，即滿足a? （ 6）akl??4模 將產(chǎn)生相干極大透射（ 為掃描干涉儀的干涉序數(shù)，為一個(gè)正整數(shù)） ，而其它波長(zhǎng)的a模則不能透過(guò)。用頻率表示，則為? （10）lcRS.?在模式分析實(shí)驗(yàn)中，由于我們不希望出現(xiàn)（7）式中的重序現(xiàn)象，故選用掃描干涉儀時(shí)，必須首先知道它的自由光譜范圍 和待分析激光器的頻率范圍 ，并使 .RS???.RS。其公式：F= 　 R—凹面鏡的反射率 根據(jù)精細(xì)常數(shù)定義　 △λSRπR1R37F= δλ—為干涉儀所分辨的最小波長(zhǎng)差，用儀器的半值寬度△λ 代替，在實(shí)驗(yàn)中，就是一個(gè)模的半值寬度，從展開(kāi)的頻譜圖中，可以測(cè)出 F 值的大小。協(xié)助調(diào)節(jié)改變對(duì)腔掃描電壓……等功能。5．開(kāi)啟掃描干涉儀驅(qū)動(dòng)器和示波器的電源開(kāi)關(guān)。根據(jù)干涉序個(gè)數(shù)和頻譜的周性期，確定哪些模屬于同一個(gè)干涉序。只有偏振態(tài)相同的縱模的間隔才符合（3）式。這時(shí)看到的應(yīng)是所有橫模的疊加圖，需結(jié)合圖 4 中單一橫模的形狀加以辨認(rèn)，確定出每個(gè)橫模的模序,既每個(gè)橫模的 、 值。八、預(yù)習(xí)與思考題1．觀測(cè)時(shí)，為何要先確定出示波器熒光屏上被掃出的干涉序的數(shù)目？。 （注：諧振腔兩個(gè)反射鏡的曲率半徑 、 由實(shí)驗(yàn)室給出） 。將測(cè)量值與理論值1??q?相比較 (注：待測(cè)激光器的腔長(zhǎng) 由實(shí)驗(yàn)室給出)。8．改變鋸齒波輸出的電壓峰值，觀察示波器上干涉序數(shù)目。4．使激光束通過(guò)小孔光闌。（6） 放大器電源：給放大器里提供工作電壓，一般 5～10V。用自由光譜范圍與最小分辨率極限寬度之比。??.S?如上例中的 為剛剛重序的起點(diǎn)，則 即為此干涉儀的自由光譜范圍值。圖 6 共焦球面掃描干涉儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)一束激光以近光軸方向射入干涉儀后，在共焦腔中經(jīng)四次反射呈 X 形路徑，光程近似為 4 ，見(jiàn)圖 7 所示。在本實(shí)驗(yàn)中，它起著關(guān)鍵作用。橫模頻率間隔的測(cè)量同縱模頻率間隔的測(cè)量一樣，需借助展現(xiàn)的頻譜圖進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)推導(dǎo)得 （4）???????????????????? 211)(arcos)(12RLnmLm???其中， 、 分別表示 X、Y 方向上橫模模序差， 、 為諧振腔的兩個(gè)反射鏡的曲12率半徑，相鄰的橫模頻率間隔為 （5）?????????????????? 21111 )(arcosRLqnm??從上式中還可看出，相鄰的橫模頻率間隔與相鄰的縱模頻率間隔的比值是一個(gè)分?jǐn)?shù)，如圖5 所示。每一個(gè)衍射光斑對(duì)應(yīng)一種穩(wěn)定的橫向電磁場(chǎng)分布，稱(chēng)為一個(gè)橫模。 是一個(gè)很大q的數(shù)，通常我們不需要知道它的數(shù)值，而關(guān)心的是有幾個(gè)不同的 值，即激光器有幾個(gè)不同的縱模。二、實(shí)驗(yàn)類(lèi)型綜合型三、實(shí)驗(yàn)原理及說(shuō)明1．激光器模的形成我們知道，激光器的三個(gè)基本組成部分是增益介質(zhì)、諧振腔和激勵(lì)能源。每個(gè)模對(duì)應(yīng)一種穩(wěn)定的電磁場(chǎng)分布，即具有一定的光頻率。如果調(diào)節(jié)的角度（光軸與諧振腔的角度）小于 λ/4，此時(shí)，打開(kāi)氦氖激光器就有一束 波長(zhǎng)的光射出。這說(shuō)明諧振腔（反射鏡）與激光管管內(nèi)的毛細(xì)管完全垂直，此時(shí)，應(yīng)馬上有激光射出。諧振腔 A 經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢測(cè)，完全垂直于光軸后，用膠密封粘牢。r2六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析表一、連續(xù)與脈沖平均功率的比較泵浦I(mA)連續(xù)P(mw)脈沖P(mw)27表二、連續(xù)與脈沖穩(wěn)定性測(cè)量間隔時(shí)間（s）連續(xù)輸出功率（mw）脈沖輸出功率（mw）間隔時(shí)間（s）連續(xù)輸出功率（mw）脈沖輸出功率（mw）七、注意事項(xiàng)激光功率較強(qiáng)，切勿直射入眼，特別是在調(diào) Q 狀態(tài)下。3Lib從（31） 、 （32） 、 （33） 、 （34）式可以看出影響調(diào) Q 光脈沖的一些主要因素。當(dāng) 《 ，即當(dāng)相s? ?L2s互作用距離短、超聲波頻率低，且入射光的方向與超聲波波面平行（正入射）時(shí)，產(chǎn)生喇曼—奈斯衍射，衍射光對(duì)稱(chēng)地分布在零級(jí)光的兩則，通常有若干級(jí)。當(dāng)光束通過(guò)聲光介質(zhì)時(shí)便產(chǎn)生衍射，造成損耗，使激光諧振腔的 Q 值下降。本實(shí)驗(yàn)采用的是聲光調(diào) Q 方式。如果想達(dá)到理想的效果，可以在功率計(jì)前加 532nm 濾光片。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析距離 總功率 功率（mw） 相應(yīng)位置 光斑大小 W（z）發(fā)散角2? ? 2 w(z2)w(z1)/z2z1(94%) = (6%) (94%) = (6%) (94%) = (6%) (94%) = (6%) 七、注意事項(xiàng) 半導(dǎo)體泵浦激光器實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)注意防潮，放置于比較干燥的地方。以上(1)至(1)式共同描述激光束的物理圖象，現(xiàn)在分段分析光束傳播的特點(diǎn)(參看圖 1) 圖 1 曲率半徑相同的雙凹腔基橫模 TEM00 剖面圖(1)z=0 處 波陣面：從(4)式中看出， ，所以 z＝0 處的波陣面是一個(gè)平面．????)(lim0zRz 振幅： （6）])(exp[),(200wyAyx?? 為高斯函數(shù)型，設(shè) ρ=(x 2+y2)1/2,表示點(diǎn)(x,y)到中心的距離，在 ρ=0(即光斑中心)處，A(0,0)=A0/w0,振幅最大，在 ρ= w0處，A(w 0,0)= A(0,0)/e,振幅下降到中心值的 1/e, ρ繼續(xù)增大時(shí)，振幅將繼續(xù)下降．逐漸趨于 0．所以振幅的變化是中心最大，沿半徑向外逐漸減小．沒(méi)有清晰的邊緣．總的說(shuō)來(lái)，在 z=0 處，盡管波陣面是個(gè)平面，但面光強(qiáng)的分布是不均勻的，所以它不同于平行光束的平面波。15六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析推進(jìn)刀口記錄數(shù)據(jù)：X(mm) 0 P X(mm) P X(mm) P X(mm) P 拉回刀口記錄數(shù)據(jù)：X(mm) 0 P X(mm) P X(mm) P X(mm) P 計(jì)算光斑尺寸W ＝ (2ep)D1/2 = (2ep)七、注意事項(xiàng) 半導(dǎo)體泵浦激光器實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)注意防潮，放置于比較干燥的地方。將式(1)、(2)和式(4)歸一化后有： （5）)exp(21),(20??ypyxI??? （6）)(),(20I （7）)(210?aerfcp?其中 =W/2是數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)偏差．根據(jù)式(6)和式(7)作出的歸一化高斯分布和相對(duì)?功率與刀口位置關(guān)系曲線如圖1所示 圖1 (a)歸一化高斯分布；(b)相對(duì)功率與刀口位置關(guān)系可以證明，相對(duì)功率為0．25和0．75的點(diǎn)分別位于高斯分布曲線極大值兩側(cè)，其距離刀口拉出刀口推入相對(duì)光強(qiáng)相對(duì)光強(qiáng)14ep =．所以從由實(shí)驗(yàn)得到的相對(duì)功率與刀口位置的關(guān)系曲線就可確定ep的值。八、預(yù)習(xí)與思考題LD 泵浦 Nd:YVO4固體激光器體激光器受激發(fā)射的條件是什么？ 12實(shí)驗(yàn)二、LD 泵浦 Nd:YVO4固體激光器光斑尺寸的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1：了解基模激光光束的傳播特性及其橫截面光強(qiáng)的高斯分布特性 2：掌握刀口法逐點(diǎn)測(cè)量法測(cè)量光斑尺寸的原理方法 3： 二、實(shí)驗(yàn)類(lèi)型驗(yàn)證型三、實(shí)驗(yàn)原理及說(shuō)明在許多應(yīng)用激光的場(chǎng)合都希望激光光斑的光強(qiáng)分布是均勻的，但是實(shí)際的光強(qiáng)分布是不均勻的．在各種不同光強(qiáng)分布形式中，基橫模的光強(qiáng)分布不均勻性最小，因此需要激光器工作在基橫模狀態(tài)．激光是現(xiàn)代光學(xué)的重要組成部分，讓學(xué)生掌握研究激光基橫模的實(shí)驗(yàn)原理和方法是非常必要的．過(guò)去研究激光的基橫模是用掃描法，本文介紹一種稱(chēng)為刀口法的實(shí)驗(yàn)研究方法．這種方法能夠驗(yàn)證激光基橫模的光強(qiáng)分布是高斯分布，能夠方便地測(cè)定光斑的大小。 調(diào)節(jié)電流旋鈕，逐步增大電流，同時(shí)檢測(cè)激光功率計(jì)的讀數(shù)。見(jiàn)下圖（3）激光晶體的調(diào)節(jié)將激光晶體調(diào)整架放到導(dǎo)軌上，并調(diào)節(jié)其位置使泵浦光經(jīng)匯聚物鏡成像點(diǎn)的位置，仔細(xì)觀察泵浦光匯聚到激光晶體的現(xiàn)象，微調(diào)匯聚物鏡調(diào)節(jié)螺釘，直到觀察到激光晶體上有最亮的白光為止，此時(shí)泵浦光源成像在激光晶體的位置外最佳，固定激光晶體調(diào)整架。在 Pth以上的 Pin－ Pout曲線的斜率表示波長(zhǎng)為 808nm 的泵浦功率有多少轉(zhuǎn)換成 1064nm 固體激光器的輸出功率。我們的實(shí)驗(yàn)中，KTP 晶體被置于激光諧振腔內(nèi)，叫內(nèi)腔倍頻。但是這種激光器的光束質(zhì)量相對(duì)較差。這意味著原來(lái)光信號(hào)被放大，這種在受激過(guò)程中產(chǎn)生并被放大的光，就是激光。這種能級(jí)稱(chēng)為亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)。電子能量由主量子數(shù)n(n=1,2,…)決定。原子的自發(fā)輻射過(guò)程完全是一種隨機(jī)過(guò)程，各發(fā)光原子的發(fā)光過(guò)程各自獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，即所輻射的光在發(fā)射方向上是無(wú)規(guī)則的射向四面八方，另外未位相、偏振狀態(tài)也各不相同。（3）半導(dǎo)體泵浦激光器實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)注意防潮，放置于比較干燥的地方。 《激光原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告廣東技術(shù)師范學(xué)院電子與信息學(xué)院1目錄儀器要求與安全保護(hù) ............................................................2實(shí)驗(yàn)一、 LD泵浦 ND:YVO4固體激光器的基本概念與主要參數(shù)測(cè)量 ..........................3實(shí)驗(yàn)二、LD 泵浦 ND:YVO4固體激光器光斑尺寸的測(cè)量 ...............................12實(shí)驗(yàn)三、LD 泵浦 ND:YVO4固體激光器遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角的測(cè)量 .............................16實(shí)驗(yàn)四、聲光調(diào) Q 技術(shù)實(shí)驗(yàn)五、HE－NE 激光器諧振腔調(diào)節(jié) ..............................................28實(shí)驗(yàn)六、HENE 激光器的模式分析 ...............................................312儀器要求與安全保護(hù)儀器安裝在干燥、無(wú)灰塵、通風(fēng)良好、遠(yuǎn)離熱源和強(qiáng)（電）磁場(chǎng)的地方。（2）激光管不要放在潮濕的地方，長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，最好隔幾天點(diǎn)燃一次（特別是夏天）時(shí)間 20～30 分鐘。輻射光子能量為 12Eh???這種輻射稱(chēng)為自發(fā)輻射。由量子理論知識(shí)知道，一個(gè)能級(jí)對(duì)應(yīng)電子的一個(gè)能量狀態(tài)。1