dgtq型laserlaser固体激光器综合实验系统laserlaserlaserlaser(编辑修改稿)

dgtq型laserlaser固体激光器综合实验系统laserlaserlaserlaser(编辑修改稿)内容摘要：

偏器之前已经旋转了 180176。 ，因此能够通过并返回腔内建立振荡。 （二） 倍频技术原理 基本概念及原理 利用非线性晶体在强激光作用下的二次非线性效应，使频率 为  的激光通过晶体后变为频率为 2 的倍频光，称为倍频技术，或二次谐波振荡。 本系统是将 1064nm 的激光通过倍频晶体（ KTP），变成 532nm 的绿光。 用非线性材料产生倍频激光的器件成为倍频激光器。 一般把入射的激光称为基频光，由倍频激光器出来的光称为倍频光或二次谐波。 根据非线性材料特性，我们一般采用角度匹配来得到二次谐波。 角度相位匹配是利用晶体的双折 射来补偿正常色散而达到相位匹配的一种方法。 使入射到晶体的基频光和产生的倍频光具有不同的偏振态，而所用晶体应预先根据晶体光学的理论和有关的折射率数据计算出切割晶体的方向，磨制成所需形状，使基频光和倍频光能满足相位匹配条件。 按照入射基波的偏振态又可将角度匹配方式分为两类：一种是基波取单一的线偏振光形式入射，而倍频光为另一种状态的相偏振光，这种情况通常称之为 12 第 I 类相位匹配。 这一倍频过程用一式子表示为“ o+o=e”或“ e+e=o” ,因为两个基波的偏振方向是平行的，所以又称平行式相位匹配。 另一种情况是基波同时取两种不同的线偏光形式，即两者的偏振方向是垂直的，而产生的倍频光为单一状态的线偏振光，这种情况称为第 II 类相位匹配，记作“ e+o=e”或“ e+o=o” ,因为第 II 类匹配方式在非线性极化过程中，不是单纯由基波的 o 光（或 e 光）的分 量乘积在起作用，而是 o光和 e 光分量同时在起作用。 在本套系统中采用的非线性晶体 KTP(磷酸氧钛钾 )实现倍频，其相位匹配属于第 II 类相位匹配（方位角  ，匹配角 90 ）。 三 .实验仪器 图 电光调 Q激光器装置图 1. 半导体准直光源 .（ 650nm） 2. 小孔光阑（ Φ 2mm） . 3. 全反镜（曲率半径 4m，镀膜对 1064nm的反射率 R=% (Φ 20)） 4. KD*P Q 开关晶体 (Φ 12*40) 5. 偏振片 (Φ 30*5) 6. 聚光腔（聚四氟乙烯材料）（ 3:Nd YAG 激光棒 Φ 6*100mm（两端镀 1064nm增透膜）和脉冲氙灯 Φ 7*90mm） . 7. 输出镜（ K9 玻璃材质 Φ 20） 13 8. KTP 倍频晶体 (8*8*7) 9. 分光棱镜（ 60 度、一面磨砂、 边长 厚度 25 ） 10. Q 开关驱动电路盒（冷阴 极闸流管（ 110*39*55）） ● 说明 1. 由元件 3， 6， 7 即可构成激光器的基本结构 “ 两模一棒 ” 输出激光，此时输出的是未加任何调制的激光，叫 静态激光 . 2. 在 3， 6 之间加入 4 和 5，便可实现 退压式电光调 Q. 调 Q 后输出的激光叫动态激光。 3. 在 7 之后加入 8，调试后可以输出 倍频激光。 4. 在 8 之后加入 9，可以完成分光，测量 倍频效率。 ● 附件 仪器附件： 光电探测器 （ 连续 探测器 脉冲 探测器 短脉冲探测器 能量探测器（各一个） ） 机柜（ MC10 电源 水冷系统 ） 激光防护镜（两副） 实验用具： 靶纸 上转光片（一个） 六角扳手 洗耳球 毛玻璃片（各一个） 镜头纸（一本） 滴瓶（一个） 观测镜（一个） 选配器件： 示波器 （ 300MHz 以上） 四 .实验内容 1. 固体激光器的装调 1） 装调：调整半导体准直光源，使小孔光束在通过导轨中心线的垂面并与导轨表面平行。 调节全反射腔镜的四维调整架，使小孔光束通过其中心，并让反射光束沿原路返回小孔。 装好聚光腔体，调节其支架，使小孔光束通过激光棒两端面的中心，并让其前端面的反射光点返回小孔。 2） 选模： 固定的谐振腔可能激励 的横模与腔型结构、损耗大小和激励水平等因素有密切关系。 低阶模与较小的光束发散角相对应，所以为获得单一基模输出必须采取横模选择技术。 横模选择方法可分为两类：一类是在一定的谐振腔内插入附加的选模元件来提高选模性能 ，可用小孔光阑和扩束望远镜实现 ；另 14 一类是改变谐振腔的结构和参数以获得各衍射损耗的较大差别，提高谐振腔的选模性能，即非稳腔选模。 此实验采用小孔选模 3） 测量静态激光的阈值； 4）测量静态激光及灯光脉冲宽度； 5） 测量静态激光输出能量，描绘斜效率曲线； 6）计算静态激光的峰值功率。 2. 电光调 Q 实 验 1）调试激光器，测量其关门电压及阈值能量； 2）测量动态激光输出能量； 3）测量动态激光的脉冲宽度； 4）计算动态激光的峰值功率； 5）计算激光器的转换效率及输出激光的动静比； 3. 被动调 Q 实验 1） Cr4+:YAG 晶体饱和吸收特性的研究； 2）测量激光输出脉宽及能量； 3）计算峰值功率； 4）被动调 Q激光器的搭建； 4. 非线性光学实验 1）从理论上计算 KTP 晶体的相位匹配角； 2）调节激光器及倍频晶体的相位角和方位角观察对倍频效率的影响； 3）改变色散棱镜的位置，确定其最小偏向角以得到基 频光和倍频光的最佳分光位置； 4）计算晶体的倍频效率； 5）改变注入能量，观察其对倍频效率的影响； 6）描绘“注入能量 — 倍频效率”曲线； 五 .实验过程与数据 （一） 激光器的装调 准 备 ：需要的元件（ 从左至右 半导体准直光（ 650nm），小孔光阑， 全反镜 ， Q 晶体，偏振片， Nd3+： YAG 固体激光棒 ， 输出镜 ，倍频晶体，分光棱镜）； 15 系统电源；水冷系统；三角导轨及基座。 图 装调示意图 (650nm)， ， ， +： YAG 固体激光棒（ Ф 6*100mm） ， ， (KTP)， (K9 玻璃为基质， 60176。 ) 1． 激光器的装调 1） 调光路的目的 光路调节的好坏直接关系着出光的效果，调节的好，一般可以直接出光，对下面的实验有很大的帮助。 2） 激光器的调节 (1)、 调准直光：接通半导体准直光光源的电源，将小孔光阑放在靠近准直光处，江洪光正通过小孔，再将光阑拉远，调节准直光的水平和俯仰旋钮，在使准直光通过光阑小孔，反复几次上一过程直到小孔光阑放在导轨的任何地方准直光都通过光阑小孔。 注：同时要考虑棒的高度，不要低 于棒的中心，最好高出 45mm，因为加偏振片光路会下偏。 (2)、 调节棒的高度：先调棒的靠近准直光端，使准直光点通过棒的中心或略高，再调远端，使反射像回到小孔光阑的小孔内，旋紧螺丝时要均匀用力，时时关注反射像，确保其回到小孔内，旋紧螺丝。 (3)、 调节输出境和反射镜：先将反射镜放在靠近光阑出，使 650mm 准直光通过全反镜的中心，并且其反射像回到光阑小孔，再使全反镜远离光阑重复以上操作，直到全反镜放在导轨的任何地方其反射像都回到光阑小孔，最后将全反镜放在靠近光阑处，旋紧固定旋钮。 输出镜的调节方法同调全反 镜的方法相同，最后将输出镜固定在棒的远端。 16 (4)、 调节偏振片和调 Q 晶体：偏振片要求离棒端有一定距离（约 10mm），准直光通过偏振片中心，调解架尽量与棒垂直（目视），将偏振片固定到棒的前端。 调 Q 晶体要求准直光通过晶体的中心，且其反射像尽量回到光阑孔心，最后将其固定在偏振片和全反镜之间。 (5)、 倍频晶体的调节方法：方法与调 Q 晶体的调节方法相似，要尽量让准直光通过倍频晶体的中心，将其固定在输出镜的后面。 3） 器件的清洗 1)、输出镜、全反镜、偏振片一般一个星期清洗一次，调 Q 晶体的清洗比较困难 ，一般用长绒棉轻擦或用洗耳球吹。 2)、棒和灯：若用自来水，一个月就必须清洗；用去离子水或蒸馏水 1— 2个月清洗一次就可以。 3）、在打相纸时一定要远离输出镜或外套一透明袋。 2． 激光器阈值的测量 激光器的光路调好后，导轨上只保留。