【正文】 4360 熱示電探頭： 8mv/mj 例：輸出能量 2020mv 則能量為： E=2020mv/8mv/mj=250mj400 450 500 550 600 650 70050010001500202025003000350040004500輸出能量（MV）輸入能量（ V ） B 圖 輸入 輸出能量曲線(xiàn) 19 圖 靜態(tài)輸出脈寬波形 圖 靜態(tài)輸出能量波形 2. 激光器轉(zhuǎn)換效率的測(cè)量與計(jì)算 輸入能量 =電容 *輸入電壓 2/2： 既： W=CV2/2 （電容： C=100μ F） 轉(zhuǎn)換效率： η =W0/W=輸出能量 /輸入能量 =2W0/CV2 例： 輸入能量： W=CV2/2=100μ F*(540V)2/2= 輸出能量： W0=2020mv/8mv/mj=250mj 所以，轉(zhuǎn)換效率： η =W0/W=250mj/29160mj=％ 3. 激光器輸出光束發(fā)散角的測(cè)量 圖 發(fā)散角測(cè)量圖 在靜態(tài)輸出情況下，調(diào)好激光光斑，離激光輸出鏡后一米和兩米處分別接受 20 一光斑，分別測(cè)出其半徑記作 r1和 r2，發(fā)散角記為 β 。波形如圖 所示，閾值為 400V： 圖 閾值測(cè)量示意圖 注：綠燈為脈沖探頭，紅燈為連續(xù)探頭。 3）、在打相紙時(shí)一定要遠(yuǎn)離輸出鏡或外套一透明袋。 3） 器件的清洗 1)、輸出鏡、全反鏡、偏振片一般一個(gè)星期清洗一次，調(diào) Q 晶體的清洗比較困難 ，一般用長(zhǎng)絨棉輕擦或用洗耳球吹。 調(diào) Q 晶體要求準(zhǔn)直光通過(guò)晶體的中心，且其反射像盡量回到光闌孔心，最后將其固定在偏振片和全反鏡之間。輸出鏡的調(diào)節(jié)方法同調(diào)全反 鏡的方法相同，最后將輸出鏡固定在棒的遠(yuǎn)端。 (2)、 調(diào)節(jié)棒的高度：先調(diào)棒的靠近準(zhǔn)直光端，使準(zhǔn)直光點(diǎn)通過(guò)棒的中心或略高，再調(diào)遠(yuǎn)端，使反射像回到小孔光闌的小孔內(nèi)，旋緊螺絲時(shí)要均勻用力，時(shí)時(shí)關(guān)注反射像，確保其回到小孔內(nèi)，旋緊螺絲。 2） 激光器的調(diào)節(jié) (1)、 調(diào)準(zhǔn)直光：接通半導(dǎo)體準(zhǔn)直光光源的電源，將小孔光闌放在靠近準(zhǔn)直光處，江洪光正通過(guò)小孔，再將光闌拉遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光的水平和俯仰旋鈕，在使準(zhǔn)直光通過(guò)光闌小孔，反復(fù)幾次上一過(guò)程直到小孔光闌放在導(dǎo)軌的任何地方準(zhǔn)直光都通過(guò)光闌小孔。 圖 裝調(diào)示意圖 (650nm)， ， ， +： YAG 固體激光棒（ Ф 6*100mm） ， ， (KTP)， (K9 玻璃為基質(zhì)， 60176。 此實(shí)驗(yàn)采用小孔選模 3） 測(cè)量靜態(tài)激光的閾值； 4）測(cè)量靜態(tài)激光及燈光脈沖寬度； 5） 測(cè)量靜態(tài)激光輸出能量，描繪斜效率曲線(xiàn)； 6）計(jì)算靜態(tài)激光的峰值功率。低階模與較小的光束發(fā)散角相對(duì)應(yīng)，所以為獲得單一基模輸出必須采取橫模選擇技術(shù) 。裝好聚光腔體，調(diào)節(jié)其支架，使小孔光束通過(guò)激光棒兩端面的中心，并讓其前端面的反射光點(diǎn)返回小孔。 ● 附件 儀器附件： 光電探測(cè)器 （ 連續(xù) 探測(cè)器 脈沖 探測(cè)器 短脈沖探測(cè)器 能量探測(cè)器（各一個(gè)） ） 機(jī)柜（ MC10 電源 水冷系統(tǒng) ） 激光防護(hù)鏡（兩副） 實(shí)驗(yàn)用具： 靶紙 上轉(zhuǎn)光片（一個(gè)） 六角扳手 洗耳球 毛玻璃片（各一個(gè)） 鏡頭紙（一本） 滴瓶（一個(gè)） 觀(guān)測(cè)鏡（一個(gè)） 選配器件： 示波器 （ 300MHz 以上） 四 .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 固體激光器的裝調(diào) 1） 裝調(diào)：調(diào)整半導(dǎo)體準(zhǔn)直光源，使小孔光束在通過(guò)導(dǎo)軌中心線(xiàn)的垂面并與導(dǎo)軌表面平行。 3. 在 7 之后加入 8，調(diào)試后可以輸出 倍頻激光 。 在本套系統(tǒng)中采用的非線(xiàn)性晶體 KTP(磷酸氧鈦鉀 )實(shí)現(xiàn)倍頻，其相位匹配屬于第 II 類(lèi)相位匹配（方位角 ?? ，匹配角 90?? ）。這一倍頻過(guò)程用一式子表示為“ o+o=e”或“ e+e=o” ,因?yàn)閮蓚€(gè)基波的偏振方向是平行的，所以又稱(chēng)平行式相位匹配。使入射到晶體的基頻光和產(chǎn)生的倍頻光具有不同的偏振態(tài)，而所用晶體應(yīng)預(yù)先根據(jù)晶體光學(xué)的理論和有關(guān)的折射率數(shù)據(jù)計(jì)算出切割晶體的方向，磨制成所需形狀，使基頻光和倍頻光能滿(mǎn)足相位匹配條件。 根據(jù)非線(xiàn)性材料特性，我們一般采用角度匹配來(lái)得到二次諧波。 用非線(xiàn)性材料產(chǎn)生倍頻激光的器件成為倍頻激光器。 （二） 倍頻技術(shù)原理 基本概念及原理 利用非線(xiàn)性晶體在強(qiáng)激光作用下的二次非線(xiàn)性效應(yīng)，使頻率 為 ? 的激光通過(guò)晶體后變?yōu)轭l率為 2? 的倍頻光，稱(chēng)為倍頻技術(shù)，或二次諧波振蕩。所以光束在返回起偏器之前已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了 180176。如此光束便可通過(guò)檢偏器。這樣，如果沒(méi)有給泡克耳斯盒加電壓，光束就無(wú)法通過(guò)，腔內(nèi)損耗最大， Q值很小。 雖然這時(shí)整個(gè)器件處在低 Q 值狀態(tài)，但由于氙燈一直在對(duì) YAG 棒進(jìn)行抽運(yùn)，工作物質(zhì)中亞穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)便得到足夠的積累，當(dāng)粒子反轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到最大時(shí)，突然去掉調(diào)制晶體上的 4? 波長(zhǎng)電壓，即電光開(kāi)關(guān)迅速被打開(kāi)，沿諧振腔軸線(xiàn)方向傳播的激光可自由通過(guò)調(diào)制晶體，而其偏振狀態(tài)不發(fā)生任何變化，這時(shí)諧振腔處于高Q值狀態(tài)，形成雪崩式激光發(fā)射。這時(shí)調(diào) Q 晶體起 4? 波片的作用，這樣，線(xiàn)偏振光通過(guò)晶體后會(huì)產(chǎn)生 2? 的位相差，而往返一次產(chǎn)生的總位相差為 ? ，線(xiàn)偏振光經(jīng)這一次往返后偏振面旋轉(zhuǎn)了 90176。 帶起偏器的 KD*P電光 Q 開(kāi)關(guān)工作過(guò)程如下： 圖 Q 激光器原理圖 YAG 棒在氙燈的激勵(lì)下產(chǎn)生無(wú)規(guī)則光輻射，通過(guò)偏振器后成為線(xiàn)偏振光，起偏方向與 KD*P 晶體的晶軸 x（或 y）方向一致，并在 KD*P上施加一個(gè)4?V的外加電場(chǎng)。其裝置如圖 所示。 2) 電光 Q開(kāi)關(guān) （ 1）泡克耳斯盒作退壓調(diào) Q 以帶起偏振器的 KD*P電光 Q 開(kāi)關(guān)為例進(jìn)行說(shuō)明。 泡克耳斯盒分為兩類(lèi)：一種是加縱向電場(chǎng)，此類(lèi)泡克耳斯盒 Q開(kāi)關(guān)中，施加的電場(chǎng)與入射光束的方向相同，平行于晶體的光軸；另一種是加橫向電場(chǎng)，在這種結(jié)構(gòu)中，電場(chǎng)垂直于光束的傳播方向，半波電壓取決于晶體的厚度與長(zhǎng)度之比，這種方式有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即選擇適當(dāng)?shù)木w幾何尺寸，就可以使外加電壓明顯低于縱向加電的電壓。 一般在脈沖固體激光器中常用的電光調(diào) Q 裝置經(jīng)常采用如圖 所示的結(jié)構(gòu)：由 4三部分組成的電光調(diào) Q裝置位于工作物質(zhì)和全反射鏡之間，夾在兩塊偏振片中間的是泡克耳斯電光盒。前者發(fā)生于無(wú)點(diǎn)對(duì)稱(chēng)中心的晶體內(nèi)，后者則發(fā)生在某些液體中 [6]；而利用泡克耳斯效應(yīng)制成的電光盒成為泡克耳斯盒。 使光波兩個(gè)分量產(chǎn)生位相差 2? 所需要加的電壓，稱(chēng)為“ 4? 電壓”，以2?V表示，即 63302 4 ??? nV ? （ ） KD*P 晶體的光電系數(shù) 63? = Vm/10 12?? 對(duì)于 ? = m、 KD*P晶體的2?V=4000V左右。39。由上式可看出它們的大小與 Ez成線(xiàn)性關(guān)系，電場(chǎng)反向時(shí)長(zhǎng)短軸互換，如圖 。yn和39。 （ ） 上式表明，在 Ez作用下 KD*P 變?yōu)殡p軸晶體，折射率橢球的 xy 截面有圓變?yōu)闄E圓，橢圓的長(zhǎng)短軸方向 x‘ 、 y’ 相對(duì)于原光軸 x、 y轉(zhuǎn)了 45176。 ??nn x zEn 6303 ? 21039。 63? 是電場(chǎng)方向平行于光軸的電光系數(shù)， 41? 是電場(chǎng)方向垂直于光軸的電光系數(shù)。未加電場(chǎng)時(shí)，在主軸坐標(biāo)系中，其折射率橢球方程為： 8 1222022 ???enzn yx （ ） 其中， no、 ne分別為尋常光和非尋常光的折射率。 圖 縱向電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu) 下面，以 KD*P 晶體的縱向電光效應(yīng)為例進(jìn)行介紹。該過(guò)程中， 通過(guò)晶體的光波兩分量產(chǎn)生位相差，偏振方向發(fā)生變化。所以，當(dāng)加在晶體上的電場(chǎng)變化時(shí)，隨之將引起晶體折射率的變化，結(jié)果將導(dǎo)致光波在其中傳播規(guī)律的改變。 3 晶體的電光效應(yīng) 光在介質(zhì)中的傳播規(guī)律受到介質(zhì)折射率的分布情況的限制，而介質(zhì)折射率的分布與其介電常數(shù)密度相關(guān)。如電光調(diào) Q、聲光調(diào) Q、機(jī)械轉(zhuǎn)鏡調(diào) Q、可飽和吸收調(diào) Q 等?？梢?jiàn)，調(diào) Q 脈沖的峰值是發(fā)生在工作物質(zhì) 的 反 轉(zhuǎn) 粒 子 數(shù) 等 于 諧 振 腔 的 閾 值 反 轉(zhuǎn) 粒 子 數(shù) （ inn?? ?? ）的時(shí)刻。因此，