【正文】 導體激光器 圖 6 調(diào)節(jié)方法：1）按圖 6 將激光管、小孔、諧振腔 B、半導體激光器調(diào)在一個平面上。撤掉半導體激光器和小孔，此時，氦氖激光器的諧振腔調(diào)整結(jié)束，激光器正常運轉(zhuǎn)。當從與光輸出的方向平行（縱向）和垂直（橫向）兩個不同的角度去觀測和分析每個模時，發(fā)現(xiàn)又分別具有許多不同的特征，因此，為方便每個模又相應稱作縱模和橫模。實際上，由于能級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)。因而用縮短腔長的辦法是獲得單縱模運行激光器的方法之一。我們所看到的復雜的光斑則是這些基本光斑的疊加。當腔長等于曲率半徑時（ ） ，分數(shù)值達到極大，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 的譜線頻率簡并。當我們對光斑進行觀察時，看到的是全部橫模的疊加圖，即圖 4 中幾個單一態(tài)光斑圖形的組合。反射鏡鍍有高反射率膜。如在lA、B 兩點，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，當外加電壓使腔長 變化到某一長度 ，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為 這條譜線波長的整數(shù)倍時，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)，為一個正整數(shù)） ，而其它波長的a模則不能透過。用頻率表示，則為? （10）lcRS.?在模式分析實驗中，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，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)精細常數(shù)定義　 △λSRπR1R37F= δλ—為干涉儀所分辨的最小波長差，用儀器的半值寬度△λ 代替，在實驗中，就是一個模的半值寬度，從展開的頻譜圖中，可以測出 F 值的大小。協(xié)助調(diào)節(jié)改變對腔掃描電壓……等功能。5．開啟掃描干涉儀驅(qū)動器和示波器的電源開關(guān)。根據(jù)干涉序個數(shù)和頻譜的周性期，確定哪些模屬于同一個干涉序。只有偏振態(tài)相同的縱模的間隔才符合（3）式。這時看到的應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，確定出每個橫模的模序,既每個橫模的 、 值。八、預習與思考題1．觀測時，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：諧振腔兩個反射鏡的曲率半徑 、 由實驗室給出） 。將測量值與理論值1??q?相比較 (注：待測激光器的腔長 由實驗室給出)。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，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 ，見圖 7 所示。在本實驗中，它起著關(guān)鍵作用。橫模頻率間隔的測量同縱模頻率間隔的測量一樣，需借助展現(xiàn)的頻譜圖進行計算。經(jīng)推導得 （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分數(shù)，如圖5 所示。每一個衍射光斑對應一種穩(wěn)定的橫向電磁場分布，稱為一個橫模。 是一個很大q的數(shù)，通常我們不需要知道它的數(shù)值，而關(guān)心的是有幾個不同的 值，即激光器有幾個不同的縱模。二、實驗類型綜合型三、實驗原理及說明1．激光器模的形成我們知道，激光器的三個基本組成部分是增益介質(zhì)、諧振腔和激勵能源。每個模對應一種穩(wěn)定的電磁場分布，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，打開氦氖激光器就有一束 波長的光射出。這說明諧振腔（反射鏡）與激光管管內(nèi)的毛細管完全垂直，此時，應馬上有激光射出。諧振腔 A 經(jīng)過嚴格檢測，完全垂直于光軸后，用膠密封粘牢。r2六、實驗數(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)定性測量間隔時間（s）連續(xù)輸出功率（mw）脈沖輸出功率（mw）間隔時間（s）連續(xù)輸出功率（mw）脈沖輸出功率（mw）七、注意事項激光功率較強，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 《 ，即當相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，產(chǎn)生喇曼—奈斯衍射，衍射光對稱地分布在零級光的兩則，通常有若干級。當光束通過聲光介質(zhì)時便產(chǎn)生衍射，造成損耗，使激光諧振腔的 Q 值下降。本實驗采用的是聲光調(diào) Q 方式。如果想達到理想的效果，可以在功率計前加 532nm 濾光片。六、實驗數(shù)據(jù)處理與分析距離 總功率 功率（mw） 相應位置 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 半導體泵浦激光器實驗裝置應注意防潮，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(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 處的波陣面是一個平面．????)(lim0zRz 振幅： （6）])(exp[),(200wyAyx?? 為高斯函數(shù)型，設 ρ=(x 2+y2)1/2,表示點(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，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．沒有清晰的邊緣．總的說來，在 z=0 處，盡管波陣面是個平面，但面光強的分布是不均勻的，所以它不同于平行光束的平面波。15六、實驗數(shù)據(jù)處理與分析推進刀口記錄數(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 計算光斑尺寸W ＝ (2ep)D1/2 = (2ep)七、注意事項 半導體泵浦激光器實驗裝置應注意防潮，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)計中的標準偏差．根據(jù)式(6)和式(7)作出的歸一化高斯分布和相對?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)相對功率與刀口位置關(guān)系可以證明，相對功率為0．25和0．75的點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光強相對光強14ep =．所以從由實驗得到的相對功率與刀口位置的關(guān)系曲線就可確定ep的值。八、預習與思考題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實驗二、LD 泵浦 Nd:YVO4固體激光器光斑尺寸的測量一、實驗目的與要求1：了解基模激光光束的傳播特性及其橫截面光強的高斯分布特性 2：掌握刀口法逐點測量法測量光斑尺寸的原理方法 3： 二、實驗類型驗證型三、實驗原理及說明在許多應用激光的場合都希望激光光斑的光強分布是均勻的，但是實際的光強分布是不均勻的．在各種不同光強分布形式中，基橫模的光強分布不均勻性最小，因此需要激光器工作在基橫模狀態(tài)．激光是現(xiàn)代光學的重要組成部分，讓學生掌握研究激光基橫模的實驗原理和方法是非常必要的．過去研究激光的基橫模是用掃描法，本文介紹一種稱為刀口法的實驗研究方法．這種方法能夠驗證激光基橫模的光強分布是高斯分布，能夠方便地測定光斑的大小。 調(diào)節(jié)電流旋鈕，逐步增大電流，同時檢測激光功率計的讀數(shù)。見下圖（3）激光晶體的調(diào)節(jié)將激光晶體調(diào)整架放到導軌上，并調(diào)節(jié)其位置使泵浦光經(jīng)匯聚物鏡成像點的位置，仔細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。我們的實驗中，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)量相對較差。這意味著原來光信號被放大，這種在受激過程中產(chǎn)生并被放大的光，就是激光。這種能級稱為亞穩(wěn)態(tài)能級。電子能量由主量子數(shù)n(n=1,2,…)決定。原子的自發(fā)輻射過程完全是一種隨機過程，各發(fā)光原子的發(fā)光過程各自獨立，互不關(guān)聯(lián)，即所輻射的光在發(fā)射方向上是無規(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）半導體泵浦激光器實驗裝置應注意防潮，放置于比較干燥的地方。 《激光原理與技術(shù)實驗指導書》實 驗 報 告廣東技術(shù)師范學院電子與信息學院1目錄儀器要求與安全保護 ............................................................2實驗一、 LD泵浦 ND:YVO4固體激光器的基本概念與主要參數(shù)測量 ..........................3實驗二、LD 泵浦 ND:YVO4固體激光器光斑尺寸的測量 ...............................12實驗三、LD 泵浦 ND:YVO4固體激光器遠場發(fā)散角的測量 .............................16實驗四、聲光調(diào) Q 技術(shù)實驗五、HE－NE 激光器諧振腔調(diào)節(jié) ..............................................28實驗六、HENE 激光器的模式分析 ...............................................312儀器要求與安全保護儀器安裝在干燥、無灰塵、通風良好、遠離熱源和強（電）磁場的地方。（2）激光管不要放在潮濕的地方，長時間不用時，最好隔幾天點燃一次（特別是夏天）時間 20～30 分鐘。輻射光子能量為 12Eh???這種輻射稱為自發(fā)輻射。由量子理論知識知道，一個能級對應電子的一個能量狀態(tài)。1