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文檔簡介

1、激光增益的測量一、 實驗?zāi)康? 掌握用腔內(nèi)損耗法測量激光參數(shù)的原理和方法。2 根據(jù)自動測試系統(tǒng)測得的曲線,取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù),編寫程序,利用計算機進行計算。3 通過對激光器增儀等參數(shù)的測量,對激光器的工作過程有進一步的了解。二、 實驗原理在激光器中,小信號增益系數(shù)g0、飽和光強Is、腔內(nèi)損耗和最佳輸出率Topt等是決定激光器工作特性的重要參數(shù),它們均可由實驗測得,而這些參數(shù)的測量均與增益系數(shù)的測量有關(guān)。由增益系數(shù)的定義: (1)我們可以方便的利用一個激光器和一個與激光器充同樣工作物質(zhì)的放大管直接測出I1、I2。由放大管的長度計算出增益系數(shù)。但對于本實驗所要測量的He-Ne激光管的增益系數(shù),由于探測過

2、程中,熒光光強的貢獻不能忽略,造成很大的誤差。所以本試驗采用的是腔內(nèi)損耗法測量He-Ne激光器的增益。因而可以消除這一誤差因素,其測量裝置的原理圖如圖1所示圖1在兩個全反射鏡組成的外腔式He-Ne激光器內(nèi),置一透明的平行平板作為反射器,該反射器與腔軸相交成某一角度,在滿足振蕩條件的情況下,反射器兩邊有一定功率的激光輸出。反射器單個表面對0.6328m的光的反射率R是入射角的函數(shù),由菲涅爾公式得 (2)其中n為平行材料對激光波長的折射率。(本實驗中所用平板玻璃對=0.6328m光的折射率為1.515)。理論推導(dǎo)證明:在不考慮反射器本身的吸收和散射時,反射器的輸出率(即來回一次在反射器表面反射的光

3、強于入射光強之比)表示為: (3)若將反射器繞與激光束相垂直,同時也與放電管布氏窗的發(fā)現(xiàn)相垂直的軸線旋轉(zhuǎn),入射角將連續(xù)地變化,因此,該反射器將起一個反射率可變的平面耦合輸出鏡的作用。定義為激光腔除輸出率以外的光學(xué)損耗(往返一次),成為內(nèi)損耗,L為激活介質(zhì)的長度,g0為小信號增益系數(shù),Pout為耦合輸出功率,P0s為飽和功率,由于本實驗管較長,使縱模間隔小于碰撞增寬的寬度,因而其增益飽和遵循均勻綜型激光器規(guī)律,故: (4)由此式可知,激光器有一最佳輸出率Topt,這時相應(yīng)的有最大輸出功率,由,得 (5)旋轉(zhuǎn)反射器,增加輸出率T,從而增加諧振腔的總損耗(+T),使激光剛好熄滅,這時滿足:Tg為閾值

4、輸出率,從而得到: (6)解(5)和(6)組成的方程組得: (7)所以要測得最佳輸出率Topt,再測得閾值輸出率Tg,由式可得到激光器的增益,再由(6)式可計算得腔內(nèi)損耗。由式(4)得: (8)得兩根T1,T2。則: (9) (10)由(9),(10)得: (11)由(10),(11)兩個線性方程可以作出直線,(如圖2)圖2由對所作直線的斜率可以確定腔內(nèi)損耗,再由對所作直線的斜率可以確定飽和功率,則由 可以求得飽和光強。(式中為腰粗)。另外由式(9)可以計算出小信號增益系數(shù)。根據(jù)這一原理,在實驗時對于每一個輸出功率P,可在最佳透過率兩側(cè)找到所對應(yīng)輸出功率的兩個輸出率T1和T2,從而有作圖計算可

5、得到參量, Is和g0。圖3為平行平板轉(zhuǎn)動過程中,計算機采集記錄的輸出曲線。P為反射器兩邊反射功率之和,為入射角,為布儒斯特角,其值為56.2°,為最佳輸出率對應(yīng)的入射角,為閾值輸出率對應(yīng)的入射角。圖3三、 實驗步驟1. 開啟激光器電源開關(guān),緩慢旋轉(zhuǎn)可調(diào)變壓器直至點燃激光管,約190210伏左右。激光器工作電流調(diào)節(jié)在13-14 mA(不可過大)。預(yù)熱30分鐘左右。2. 輕輕掀起激光器觀察窗口蓋至近90度位置。觀察激光器是否已經(jīng)輸出激光,如果在分束片上未見到細約1 mm的紅色激光輸出,請老師調(diào)整(學(xué)生不許擅自調(diào)整)。確認有激光輸出方可進入測試環(huán)節(jié)。3. 在計算機顯示器桌面上,找到“He

6、-Ne激光增益實驗”文件夾”,找到“hene.exe”點擊,進入“激光增益測量實驗”系統(tǒng)。4. 點擊“初始化”按鈕,步進電機開始帶動平行平板玻璃片轉(zhuǎn)動、掃描;該過程可以從觀察窗口中觀察到。5. 確認步進電機停止轉(zhuǎn)動后,點擊“增益曲線”按鈕,可以從坐標(biāo)圖中觀察到有波峰的曲線圖。同時步進電機帶動平行平板玻璃片轉(zhuǎn)回最佳輸出位置。6. 點擊“數(shù)據(jù)存儲”按鈕,可以把實驗數(shù)據(jù)存儲到自帶的軟盤或U盤。激光功率的單位是毫瓦。該數(shù)據(jù)可以用Origin、Matlab、Excell等程序處理畫出曲線。7. 存儲完畢后,點擊“退出”按鈕,退出實驗程序。通過觀察窗可以看到,激光器仍然有紅色激光輸出。8. 將激光器電源的可調(diào)電壓旋轉(zhuǎn)到零位置,然后關(guān)閉電源開關(guān)。四、 實驗報告內(nèi)容1 簡述實驗原理。2 用分析軟件畫出實驗曲線。3 編寫一個程序,將和值輸入,直接得到小信號增益系數(shù)和腔內(nèi)損耗等參數(shù)。激光放電管腔長約1m。4 在曲線的兩端選擇幾組對應(yīng)同一功率的不同值,編寫計算程序,將這些值輸入計算機,直

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