脉冲固体激光器输出特性研究 激光及其产生机理 脉冲固体激光器输出特性研究的实验目的 激光器组件-光学谐振腔 实验1-5脉冲固体激光器输出特性研究 K近代物理实验》 中圆不油大号国 IINAUXIV生YOp2OL曰
EXIT 《近代物理实验》 脉冲固体激光器输出特性研究 ◼ 激光及其产生机理 ◼ 脉冲固体激光器输出特性研究的实验目的 ◼ 激光器组件-光学谐振腔 ◼ 实验1-5 脉冲固体激光器输出特性研究
激光及其产生机理 > 激光(Laser）-Light amplification by stimulated emission of radiation 受激辐射光放大 1917年爱因斯坦提出了受激辐射的概念。 1960年5月，美国33岁青年科学家梅曼研制成功世界上第一台激光器 固体激光器。 1961年9月，我国科学家邓锡铭自行研制 拉开了我国激光科技发展的大幕，是我 。 1963年，主持研制成功国内第一台 《巛近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 ✓ 1961年9月，我国科学家邓锡铭自行研制成功我国第一台红宝石固体激光器。 拉开了我国激光科技发展的大幕，是我国激光科技领域的开拓者、奠基人之 一。 1963年，主持研制成功国内第一台氦—氖气体激光器。 ➢ 激光(Laser) 激光及其产生机理 ✓ 1917年爱因斯坦提出了受激辐射的概念。 ✓ 1960年5月，美国33岁青年科学家梅曼研制成功世界上第一台激光器 — 红宝石 固体激光器。 -Light amplification by stimulated emission of radiation 受激辐射 光放大
激光及其产生机理 >激光产生机理 由量子理论可知光与原子的相互作用可引起原子三种跃迁过程：自发辐射、 受激辐射和受激吸收。 ◆ 自发辐射：处于高能E2上的原子自发地向低能级E,跃迁而辐射出一个光子的 过程叫自发辐射。 hv=E,-E 自发辐射光的频率、相位、偏振态、传播 hv 方向均不相同-是非相干光。 《近代物理实验》 中圆不油大号国 HINAUNIVERSITY OF PETROL三M
EXIT 《近代物理实验》 ➢激光产生机理 激光及其产生机理 由量子理论可知光与原子的相互作用可引起原子三种跃迁过程：自发辐射、 受激辐射和受激吸收。 ◆ 自发辐射：处于高能 E2 上的原子自发地向低能级 E1 跃迁而辐射出一个光子的 过程叫自发辐射。 E2 E1 h = − h E2 • E1 • E1 E2 自发辐射光的频率、相位、偏振态、传播 方向均不相同-是非相干光
激光及其产生机理 >激光产生机理 受激辐射：处于高能级E2上的原子在入射光的激发下向低能级E跃迁而辐射 出一个光子的过程叫受激辐射。 hv=E2-E 受激辐射的结果：光放大。 受激辐射光的频率、相位、偏振态、传播方向均相同-是相干光。 E2 E2 hv M hv=E2-E hv 沁 E 《近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 ➢激光产生机理 激光及其产生机理 ◆ 受激辐射：处于高能级 E2 上的原子在入射光的激发下向低能级 E1跃迁而辐射 出一个光子的过程叫受激辐射。 E2 E1 h = − 受激辐射光的频率、相位、偏振态、传播方向均相同-是相干光。 • • • E2 E2 E1 E2 E1 h = − E1 • • h h • hv hv hvhv hv 受激辐射的结果：光放大
激光及其产生机理 >激光产生机理 受激吸收：处于低能级E1上的原子在入射光的激发下向高能级E,跃迁的过 程叫受激吸收。hv=E2-E E hv → 受激吸收不产生光辐射。 E 只有受激辐射占优势的辐射过程，才有可能产生激光！！！ 仪近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROL三M
EXIT 《近代物理实验》 ➢激光产生机理 激光及其产生机理 ◆ 受激吸收：处于低能级E1 上的原子在入射光的激发下向高能级E2跃迁的过 程叫受激吸收。 E2 E1 h = − • • • h E2 E1 • • E2 E1 • 受激吸收不产生光辐射。 只有受激辐射占优势的辐射过程，才有可能产生激光！！！
激光及其产生机理 >激光产生机理 实现粒子数反转分布是产生激光的一个重要条件！！ 粒子数反转：处于高能级E2上的粒子数大于低能级E1上的粒子数的分布。 要实现粒子数反转分布，必须有外界提供足够的能量把低能级上的粒子源源不 断的激励到高能级上。 激励方式（泵浦或抽运）有：电激励、光激励、热激励、化学激励等。 ◆工作物质：具有合适能级结构（亚稳态能级）的介质（激活介质）。 工作物质十 激励方式 粒子数反转 受激辐射 光学谐振腔 激光 《近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 ➢激光产生机理 激光及其产生机理 ◆ 粒子数反转：处于高能级E2 上的粒子数大于低能级E1上的粒子数的分布。 要实现粒子数反转分布，必须有外界提供足够的能量把低能级上的粒子源源不 断的激励到高能级上。 激励方式(泵浦或抽运)有：电激励、光激励、热激励、化学激励等。 实现粒子数反转分布是产生激光的一个重要条件！！ ◆ 工作物质：具有合适能级结构(亚稳态能级)的介质(激活介质)。 工作物质 激励方式 粒子数反转 受激辐射 光学谐振腔 激光
激光及其产生机理 >激光器分类（根据工作物质物态的不同可分五类） (1)液体激光器（染料激光器）-工作物质是某些有机染料溶解在乙醇 形成的溶液。 特点：结构简单、价格低廉，但稳定性稍差。 波长范围：紫外到红外波段。 美国的液体激光武器 (2)气体激光器-工作物质为气体（纯气体、混合气体、金属蒸汽、离子气体等）。 特点：结构简单、造价低，操作方便，工作介质均匀，光束质量好及能长时间协稳宗 地连续工作。市场占有率高达60%！ 波长范围：紫外、可见光到远红外波段。 ?近代物理实验》 中圆不油大号国 NAtW生RSTTYOEP2O日
EXIT 《近代物理实验》 (1)液体激光器(染料激光器)-工作物质是某些有机染料溶解在乙醇、甲醇或水等液体中 形成的溶液。 特点：结构简单、价格低廉，但稳定性稍差。 波长范围：紫外到红外波段。 ➢激光器分类(根据工作物质物态的不同可分五类) 激光及其产生机理 (2)气体激光器-工作物质为气体(纯气体、混合气体、金属蒸汽、离子气体等)。 特点：结构简单、造价低，操作方便，工作介质均匀，光束质量好以及能长时间较稳定 地连续工作。市场占有率高达60% ！ 波长范围：紫外、可见光到远红外波段。 美国的液体激光武器
激光及其产生机理 >激光器分类（根据工作物质物态的不同可分五类） (3)固体激光器-工作物质为某些晶体或特种玻璃(YAG:N+钇铝 宝石、钕玻璃等)。 特点：输出能量大、峰值功率高，结构紧凑、可连续和脉冲两种 由于工作物质的光学不均匀性等原因，一般固体激光器的输出为 波长范围：紫外到远红外波段。 (4)半导体激光器（激光二极管）-工作物质为半导体材料（砷化镓( 磷化铟nP)、硫化锌（亿nS)等）。 特点：体积小、寿命长、耗电少、效率高，并可采用简单的注入 作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。 波长范围：可见光到红外波段。 《近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 (3)固体激光器-工作物质为某些晶体或特种玻璃(YAG:Nd3+ 钇铝石榴石、Al2O3 :Cr3+ 红 宝石、钕玻璃等)。 特点：输出能量大、峰值功率高，结构紧凑、可连续和脉冲两种方式工作。 由于工作物质的光学不均匀性等原因，一般固体激光器的输出为多模。 波长范围：紫外到远红外波段。 ➢激光器分类(根据工作物质物态的不同可分五类) 激光及其产生机理 (4)半导体激光器(激光二极管)-工作物质为半导体材料(砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、 磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等)。 特点：体积小、寿命长、耗电少、效率高，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工 作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。 波长范围：可见光到红外波段
激光及其产生机理 >激光器分类（根据工作物质物态的不同可分五类） (⑤)自由电子激光器-激光的产生是依靠将在磁 子能量。 由于电子束可以在磁场中自由移动，故命 中没有传统意义上的介质，不需要实现粒子数 自由电子激光器的核心是电子源（通常是粒子 为光子能量)。 自由电子激光器中的电子需要具有相对论速度 截至2006年，全球共有21台自由电子激光器， 聚态物理学、材料特征、激光武器、激光反导 中围巨资建全球唯一可调液极紫外自由电子激光器 ?近代物理实验》 中国石油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROL三M
EXIT 《近代物理实验》 (5)自由电子激光器-激光的产生是依靠将在磁场中运动的相对论电子束的动能转换为光 子能量。 由于电子束可以在磁场中自由移动，故命名为“自由电子激光器”。激光产生过程 中没有传统意义上的介质，不需要实现粒子数反转，因此，这种激光不依赖于受激发射。 自由电子激光器的核心是电子源（通常是粒子加速器）与相互作用区（把电子动能转换 为光子能量）。 自由电子激光器中的电子需要具有相对论速度，使得当前的自由电子激光器复杂而昂贵。 截至2006年，全球共有21台自由电子激光器，另有15台在建或计划建造。它可望用于凝 聚态物理学、材料特征、激光武器、激光反导弹、雷达、激光聚变等领域。 ➢激光器分类(根据工作物质物态的不同可分五类) 激光及其产生机理 中国巨资建全球唯一可调波极紫外自由电子激光器
脉冲固体激光器输出特性研究实验目的 ()了解激光的基本物理原理，掌握脉冲固体激光器的工作原理和基本 调试技术 (2)学会脉冲固体激光器光学谐振腔调试的基本方法与技术； (3)掌握测量脉冲固体激光器输出特性的基本原理，学会测量能量阈值、 绝对效率、斜效率和激光束的发散角等基本参数。 拓展思考：本实验测量所获得的脉冲固体激光器参数，对调整激光器工 作状态有何意义？ 《近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 (1) 了解激光的基本物理原理，掌握脉冲固体激光器的工作原理和基本 调试技术； (2) 学会脉冲固体激光器光学谐振腔调试的基本方法与技术； (3) 掌握测量脉冲固体激光器输出特性的基本原理，学会测量能量阈值、 绝对效率、斜效率和激光束的发散角等基本参数。 拓展思考：本实验测量所获得的脉冲固体激光器参数，对调整激光器工 作状态有何意义？ 脉冲固体激光器输出特性研究实验目的