实验八脉冲式灯泵浦yag激光器被动调q实验

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1、实验八脉冲式灯泵浦YAG激光器被动调Q实验＞实验目的(1)掌握被动调QYAG激光器的工作原理与调试方法。(2)测量脉冲与连续泵浦YAG激光器的静态输出特性。(3)分析被动调Q率被动调QYAG激光器的动态输出特性。(4)在被动调Q理论分析的基础上，通过实验研究，针对相应的运转条件和应用需求，设计被动调QYAG激光器的光学参数。＞实验原理1.M体Nd:YAG激光器的工作原理。(1)Nd:YAG晶体的性质表8-1Nd:YAG激光品体的主要性质化学成分Nd:Y3Al5O,2Nd重量百分比0.925%Nd原子数百分比1%Nd原子

2、数密度1.38X10+20/cm3折射率1.82@1064nm散射损耗0.003/cm晶体结构立方晶系热膨胀系数7.8X106/k[lll]，0-250°C热传导率14w/m/k@20oC，10.5w/m/k@100°C受激发射截面2.8-8.8X10,9cm24F3/2激光上能级寿命230us4111/2激光下能级寿命30ns吸收谱线带宽lnm@8O8nmNd3+:YAG是以三阶钕(Nd3+)离子部分取代Y3A145O12晶体中Y3+离子的激光工作物质，称为掺钕钇铝石榴石(简称Nd3+:YAG)。它以Nd3+离子作为

3、激活粒子。图8-1给出了Nd3+:YAG晶体中Nd3+离子的与激光产生过程有关的能级图。处于基态419/2的钕离子吸收光泵发射的相应波长的光子能量后跃迁到415/2,2H9/2和4F7/2,4S3/2能级(吸收带的中心波长是810nm和750nm,带宽为30nm),然后儿乎全部通过无福射跃it迅速降落到4F3/2能级。4F3/2能级是一个寿命为0.23ms的亚稳态能级。处于4F3/2能级的Nd3+离子可以向多个较低能级跃迁并产生辐射，其屮几率最大的是4F3/2至4Ilk2的跃迁(波长为1064nm)o图8-1Nd3+:

4、YAG激光的激发机理7E3olx)9f起(1)静态运转特性分析(a)脉冲运转一驰豫振荡(尖峰效应)暂态过程。(b)连续运转一阈值条件(增益饱和)稳态过程。按“激光原理与技术”中有关章节的分析，结合实验得出：仅仅依靠增加泵浦能量与功率，不能获得窄脉宽，高峰值功率的激光脉冲的结论。1.Cr:YAG饱和吸收被动调Q原理自饱和被动式调Q激光器由于器件结构简单,对激光器无电磁干扰,应用十分广泛，但由于通常的染料调Q介质，导热率极低，使其应用范围受到局限，只能用于低重复率的脉冲调Q激光器中。近年来，由于激光晶体技术的进步，我国己生

5、产出可用于高重复率调Q的多掺YAG晶片，制成了被动式的Q开关器件，兼备声光和染料调Q的长处,在激光医疗、激光打标和非线性光学等领域获得广泛的应用。在YAG晶体内，除了Nd+3之外，某些分凝系数较大的金属氧化物也能以原子或离子的形式长入晶体之中，这些异价离子将在其近邻产生具有反号电荷的离子空位或点陈空位，当一个自由电子或空火被俘获时，就形成了吸收光的色心(ColorCenter)。多掺杂的YAG晶片在0.9-1.2Pm波长范围内有很强的吸收，可将该晶片置于Nd:YAG激光谐振腔内，其透过率将随腔中振荡激光(1.06pm波

6、长)的强度变化而变化，并改变着谐振腔的Q值，因此起着被动式的Q开关作用，使激光器产生巨脉冲。多掺杂的YAG晶片是一种非线性吸收介质，在强光作用下由于吸收饱和而对激光呈现透明的特征，将该晶片置于谐振腔内，开始时，由于吸收工作物质发出的较弱的荧光，吸收很强，透过率很低，相当于在腔内加入很大的损耗，Q值很低，腔内不能形成激光振荡。随着光泵的继续作用，腔内工作物质的荧光变强（形成所谓超辐射），晶片的透过率逐渐增大，达到一定数值时（与晶片的掺杂浓度和厚度有关），晶片的吸收达到饱和值，光可全部通过，即晶片的通光面突然被“漂白”而变

7、得透明了，这时腔内的Q值猛增，损耗急剧降低，产生激光振荡，形成巨脉冲输出。图8-2二能级系统关于饱和吸收原理，可用能级跃迁的量子理论予以解释。当光子能量为hv的光束入射到晶片时，将引起基态粒子的受激跃进迁，此吋，晶片呈吸收状态，其吸收率A与光子频率v密切相关。对于多掺杂的YAG晶片，其吸收波讼范围在0.9〜1.2Pm之间，因此，对Nd:YAG激光波长（1.06um）有共振吸收作用。此外，吸收率A还与入射光强I有关。设粒子总数为（ni与n2分别代表基态E!与激发态E2能级上的粒子数），随着入射光强的增大，基态粒子跃迁到高

8、能态的数目增多，与此同时，晶片的吸收率A（v，1）就会下降，而其透过率则为T（v，I）=1-A（v,I），如果入射光束的强度继续增加，吸收率就进一步减小，直到时，低能态到高能态的受激跃迁与高能态到低能态的自发跃迁达到了动态平衡亦即晶片达到了饱和吸收状态，这时，晶片的吸收率A^O,而透过率100%。采用二能级系统的速率方程方法对自饱