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200506--全固态589nm复合腔连续波和频激光器--光学精密工程--吕彦飞

第13卷第3期2005年6月

光学精密工程

O ptics and Precisio n Eng ineer ing

Vo l.13 N o.3 Jun.2005

收稿日期:2005 03 19;修订日期:2005 04 20

基金项目:国家 863 高科技计划资助项目(N o.2002A A311140)

文章编号 1004 924X(2005)03 0260 05

全固态589nm 复合腔连续波和频激光器

吕彦飞,檀慧明,钱龙生

(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033)

摘要:给出了一种复合腔结构和频激光器,用2台激光二极管阵列(LDA)经过光纤耦合分别单独端面抽运Nd:YVO 4和Nd:YAG 晶体,其中Nd:YVO 4和N d:YAG 晶体所选择的能级跃迁分别为4F 3/2 4I 11/2和4F 3/2 4I 13/2,其对应激光跃迁波长分别为1064nm 和1319nm ,两基频激光束分别在两个子谐振腔中振荡,在其交叠区利用KTP II 类临界相位匹配(CPM )进行腔内和频,获得了589nm 的和频激光。当抽运功率为8W/14W 时获得了340mW 连续波T EM 00黄激光输出。光束质量因子M 2<1.2,激光输出功率噪声低,4h 功率不稳定度小于 3%。该复合腔结构是实现LDA 泵浦589nm 全

固态黄光激光器一种有效的和频方法。

关键词:激光二极管阵列;和频;全固态激光器;黄光激光器中图分类号:T N248.1 文献标识码:A

All solid state continuous wave doubly resonant all intra cavity sum frequency laser at 589nm

L Yan fei,TAN Hui ming,QIA N Long sheng

(Changchun Institute of Op tics ,Fine M echanics and P hysics,Chinese A cademy of Sciences,Changchun 130033,China)

Abstract:A resonato r designed for doubly resonant continuous wave intra cavity sum frequency mix ing (SFM )laser is studied.Nd:YVO 4and Nd:YAG are pum ped by tw o Laser Diode Arr ay (LDA)w hich w ere coupled by optical fiber respectively,1064nm wavelength is obtained from 4F 3/2 4I 11/2tr ansition in N d:YVO 4and 1319nm w av elength is obtained fr om 4F 3/2 4I 13/2transitio n in Nd:YAG.Both laser beams are oscillated in tw o sub cavity,and a KTP w ith ty pe II Critical Phase M atch (CPM )is used at the o verlap of the tw o fundamental laser beams to r ealize the 589nm SFM laser.An output po w er of 340mW co ntinuous w ave T EM 00yellow laser co uld be obtained w ith 8W/14W pump pow er.The o utput pow er is w ith low noise and a M 2

factor of less than 1.2.T he pow er instability is less than 3%w ithin 4h.Doubly reso nant is an effective so lution to realize 589nm all solid state yellow laser pum ped by LDA.

Key words:laser diode array;sum frequency;all solid state laser;yellow laser

1 引言

LDA抽运的全固态激光器具有体积小、寿命长、结构紧凑、效率高、光束质量好和性能稳定等优点,具有广泛的应用前景。目前,LDA抽运的腔内混频激光器主要应用是腔内倍频激光器,已经有大量文章对LDA抽运腔内倍频红、绿和蓝激光器进行研究[1 6],并且在很多领域得到了广泛的应用。然而,在550~620nm的激光束由于缺少相应基频光,很难通过上述倍频技术得到。但是该波段激光在显示、医疗和各种野外作业中,特别是有雾气情况下的大地测量上有特殊的用途。如果在激光谐振腔内可以获得两个不同波长的激光谱线同时振荡,选择确定切割角度的非线性晶体进行腔内和频恰能够产生该波段激光。LDA抽运的腔内和频激光器的基础是腔内双波长的产生。从90年代初开始,有些作者已对各种掺钕离子激光增益介质双波长振荡和输出的可能性进行了研究,并从理论上给出了双波长振荡条件[7 9]。目前利用双波长在非线性晶体内和频产生不同波长的研究主要有腔内和频[10 13]和腔外和频[14 15]方法。

与腔内倍频激光器相比,腔内和频激光器的研究较少。本文首次报道了采用两台抽运源分别抽运N d:YVO4和Nd:YAG 晶体。通过复合腔结构,使两基频光获得独立增益,通过优化谐振腔使两基频光交叠充分,可以分别调节两台抽运源的电流使复合腔的两个子谐振腔中的基频光增益达到相近,在激光束的交叠区通过非线性晶体KT PII类临界相位匹配进行腔内和频,获得了589nm的黄激光输出。该激光束不仅在光谱研究中有广泛的应用,而且在军事方面(如空间目标监测与识别)有着重要的应用。在天文望远镜中可成为钠导信号理想的取代光源。因此,研制589nm 黄光激光器具有较高的实用价值。

2 实验方案

实验装置如图1所示,两台抽运源为光纤耦合输出半导体激光器阵列,经准直聚焦系统(传输耦合效率约为82%)会聚成半径200 m的抽运光斑,注入到Nd:YVO4和Nd:YAG晶体中。Nd:YVO4晶体沿a轴切割,钕离子掺杂原子分子数为0.5%,尺寸为3mm 3mm 5mm, Nd:YAG的钕离子掺杂原子分子为1.0%,尺寸为 4mm 3mm

。

图1 实验装置图

Fig.1 Schem atic of experimental setup

其中Nd:YVO4晶体左端镀1064nm高反膜,808nm增透双色膜作为一个腔镜,右端镀1064nm增透膜;Nd:YAG晶体右端镀1319nm高反膜,808nm增透双色膜作为另一个腔的腔镜,左端镀1319nm增透膜;曲率半径为200mm的平凹镜作为两谐振腔的共用输出镜,凹面镀1319nm/ 1064nm高反膜、589nm增透膜,平面镀589nm增透膜;分束镜左端镀1064nm增透膜,右端镀1319nm高反膜、1064nm 增透膜;非线性和频晶体KT P采用II类临界相位匹配角度切割,尺寸为2mm

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第3期吕彦飞,等:全固态589nm复合腔连续波和频激光器

2mm 7mm,两端面均镀1319nm/1064nm/589nm 增透膜。

对LDA 、Nd:YVO 4、Nd:YAG 和KTP 用半导体致冷器进行严格的温控。调节致冷器电流,使LDA 的发光波长分别与N d:YVO 4和Nd:YAG 的中心吸收波长重合,可最大限度地吸收利用抽运光,Nd:YVO 4、Nd:YAG 和KT P 共用一个致冷器。含有N d:YVO 4和Nd:YAG 谐振腔长分别为67mm 和55mm 。

3 实验结果

采用了KT P 作为非线性晶体进行腔内和频,测量了589nm 激光输出功率随抽运功率的变化,如图2所示,曲线1是当注入到Nd:YA G 晶体的抽运功率为14

图2 589nm 和频光输出功率随抽运光功率

的变化关系

Fig.2 SFM 589nm output pow er via pump

pow er

时,589nm 激光输出功率随注入到Nd:YVO 4晶体的抽运变化关系,曲线2是当注入到N d:YVO 4晶体的抽运功率为8W 时,589nm 激光输出功率随注入到Nd:YAG 晶体的抽运功率的变换关系。由图2可以看出和频激光最高输出功率为340mW 时,并未出现饱和现象,这就说明当增大抽运功率时,和频激光仍会进一步

提高。但是在高功率LDA 端面抽运固体

激光器中,激光晶体的热效应是不能获得高效率、高功率输出的一个重要因素。即使在中功率情况下,激光晶体的热透镜效应仍很明显。根据稳态热传导方程为

[16]

1f th = P abs

4 K c 2p

[d n/d T +(n 0-1) ]其中f th 热透镜焦距, 为热负荷比,P abs 为吸收的抽运功率,K c 为热导率, p 为平均抽运光斑半径,n 0是环境温度下的折射率,d n/d T 为折射率温度系数, 为热膨胀系数。实验中所用N d:YV O 4的有关参数是: =0.4,K c =5.23W/mK ,n 0=2.165, =4.43 10-6/K ,d n/d T =3.0 10-6/K;Nd:YA G 的有关参数是 =0.38,K c =10.3W/mK ,n 0=1.82, =7.5 10-6/K,d n/d T =7.3 10-6

/K 。

经过计算,8W/14W 的抽运功率下Nd:YVO 4/N d:YAG 的热透镜焦距约为150mm/100mm 。可以看出,当增大抽运功率时,热焦距会进一步变短,这就导致热透镜焦距与两个子谐振腔的腔长接近。所以如果为提高输出功率而增大抽运功率时,应当重新考虑谐振腔的设计。

图3 589nm 输出功率噪声情况

Fig.3 589nm o utput pow er under noise op

eration

图3是在输出功率为340mW 时用示波器测量的噪声图形,可以看出激光的输出功率为低噪声。图4是用照相机拍摄激

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光学精密工程

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图4 589nm 激光远场光斑照片Fig.4 Far field spot of 589nm laser

光远场光斑的照片,表明激光输出的模式为TEM 00模。4 结论

研究了采用8W/14W 的LDA 抽运Nd:YVO 4/Nd:YAG 晶体,利用K TPII 类临界相位匹配进行复合腔腔内和频,获得了340mW 的589nm 连续波黄激光输出,激光输出功率噪声低,光束质量好。实验结果表明该复合腔结构是实现LDA 抽运589nm 全固体黄光激光器的一种有效和频方法,并可应用到其他两种激光晶体的发射谱线进行腔内和频,能够获得更多不同颜色的单谱线激光输出。因此,LDA 抽运的复合腔和频技术,为新波长全固态激光器的发展提供了一个新的方向。

参考文献:

[1] 徐德刚,姚建铨,周睿等.104W 全固态532nm Nd:YA G 激光器[J].中国激光,2003,30(9):

864 864.

XU D G,YAO J Q,ZH OU R,et al.104W All so lid state 532nm N d:YAG laser[J].China.J.L aser ,2003,30(9):864 864.(in Chinese)

[2] ZH ENG Q,ZH AO L,QIAN L S.Single frequency o peratio n of a diode pumped green laser u

sing m ulti Brew ster plates[J].Chinese Op tics L etter s,2003,1(8):480 481.

[3] 檀慧明,郑权,陈颖新,等.LBO I 类临界相位匹配倍频671nm 激光器[J].中国激光,2002,29

(4):289 292.

TAN H M ,ZH ENG Q,CH EN Y X,et al.Double frequency 671nm laser w ith type I critical phase matching LBO[J].China.J.L aser,2002,29(4):289 292.(in Chinese)

[4] 张恒利,侯玮,许祖彦,等.激光二极管抽运Nd:YVO 4/LBO 红光激光器研究[J].光学学报,

2001,21(3):274 277.

ZH ANG H L ,H OU W ,XU Z Y,et al .Study of an efficient Nd:YVO 4red light laser pumped by laser diode[J].Acta.Op tica.S inica.,2001,21(3):274 277.(in Chinese)

[5] YAO A Y,H OU W,LIN X C,et al .H ig h pow er r ed laser at 671nm by intr a cavity doubled

Nd:YV O 4laser using LiB 3O 5[J].Op tics Communications ,2004,231(4 6):413 416.

[6] PIERROU M,ARLSSON H K,KELLNER T,et al .Generatio n of 740mW of blue light by in

tr a cavity fr equency do ubling w ith a first order quasi phase matched KTiOPO 4crystal[J].Op t L ett.,1999,24(4):205 207.

[7] NADT OCH EEV V E,NANIL O E.T wo w ave emission from a CW solid state Nd 3+:YAG la

ser[J].S ov.J.Quantum E lectr on,1989,19(4):444 446.

[8] SH EN H Y,ZENG R R,ZH OU Y P,et al .Comparison of sim ultaneo us m ultiple w avelength

263

第3期

吕彦飞,等:全固态589nm 复合腔连续波和频激光器

264 光学精密工程第13卷

lasing in v ar ies neody mium ho st cr ystals at transitions from4F3/2 4I11/2and4F3/2 4I13/2[J].A p p l.

Phy s.L ett.,1990,56(20):1937 1938.

[9] CH EN Y F.CW dual w aveleng th oper ation of a diode end pum ped Nd:YVO4laser[J].A p p l.

Phy s.,2000,B70:475 478.

[10] SH EN H Y.Oscillatio n conditio n of simultaneous multiple w aveleng th lasing[J].Chinese

P hy s.L ett.,1990,7(4):174 176.

[11] H ONDERSON G A.A computational m odel o f a dual w aveleng th solid state laser[J].J.Ap

p l.Phy s.,1990,68(11):5451 5455.

[12] KRET SCH M ANN H M,H EINE F,GANTER H.A ll solid state continuo us w ave doubly

resonant all intra cav ity sum frequency mix er[J].Op t.L ett.,1997,22(19):1661 1663.

[13] 檀慧明,高兰兰,吕彦飞.激光二极管泵浦KTP腔内和频激光器及其噪声的分析[J].光学精密

工程,2004,12(5):459 464.

T AN H M,GAO L L,L Y F.Noise characteristics of laser diode pumped so lid state laser by intra cav ity sum frequency of KT P phase m atching[J].Op tics and P r ecision E ngineering, 2004,12(10):459 464.(in Chinese)

[14] CH EN Y F.Efficient gener ation of co ntinuous w ave yellow lig ht by sing le pass sum frequency

m ix ing o f a dio de pum ped Nd:YVO4dual w aveleng th laser w ith periodically poled lithium nio bate[J].Op t.L ett.,2002,27(20):1809 1811.

[15] VANCE J D,SH E CH Y,M OOSM LLER H.Continuo us w ave,all solid state,single fre

quency400mW source at589nm based on doubly resonant sum frequency mix ing in a m ono lithic lithium nio bate resonator[J].A p p l.Op t.,1998,37(21):4891 4896.

[16] CH EN Y F,T SAI S W.Diode pumped Q sw itched Nd:YVO4yellow laser w ith intra cavity

sum frequency mix ing[J].Op t.L ett.,2002,27(6):397 399.

作者简介:吕彦飞(1976-),男,黑龙江人,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士研究生,研究方向为大功率高性能全固态激光器及非线性频率变换技术。Email:lvy anfei1976@

163.co m

专业实验实验四氦氖多谱线激光器实验讲义

在增益管长为1m的外腔式He-Ne激光器中，用腔内插入色散棱镜选择谱线的方法，在可见光区分别使氖原子的九条谱线产生激光振荡。实验要求掌握He-Ne多谱线激光线器的工作原理及腔型结构的特点；学习外腔式激光器及腔内带棱镜激光器的调节方法；测量各条激光谱线的波长；找出各条谱线的最佳放电电流及测量最大输出功率。一、实验原理一台激光器除激励电流外主要由两部分组成，一是增益介质；二是谐振腔。对He-Ne激光器而言增益介质就是在两端封有布儒斯特窗的毛细管内按一定的气压充以适当比例的氦氖气体，当氦氖混合气体被电流激励时，与某些谱线对应的上下能级的粒子数发生反转，使介质具有增益。介质增益与毛细管长度、内径粗细、两种气体的比例、总气压以及放电电流等因素有关。对谐振腔而言腔长要满足频率的驻波条件，谐振腔镜的曲率半径要满足腔的稳定条件。总之腔的损耗必须小于介质的增益，才能建立激光振荡。由于介质的增益具有饱和特性，增益随激光强度增加而减小。初始建立激光振荡时增益大于损耗，随着激光的增强而增益逐渐减小直到增益等于损耗时才有持续稳定的振荡。稳定振荡时的增益叫阈值增益，初始的增益叫小信号增益。小信号增益与阈值增益之差越大，腔内的激光强度越强，对小信号增益很低的激光谱线是否能获得激光振荡，关键在于谐振腔的损耗能降低到什么程度。 1、在可见光区激光谱线的小信号增益系数在氦氖混合气体的增益管中氖原子的3S2能级对2P i（2P i是2P1，2P2，…，2P8，2P10九个能级的简称，3S2-2P9的跃迁是违禁的）九个能级之间能够产生粒子数反转，使介质具有增益，九条谱线的小信号增益系数G0如表1所示。测量时各谱线的放电电流值不相同；表中相对增益系数是用用光谱相对强度研究氦氖放电管的增益特性的装置测得的，各谱线的放电电流相同。表1 He-Ne 3S2-2P i谱线的小信号增益系数

固体激光器原理固体激光器

固体激光器原理-固体激光器固体激光器发展历程固体激光器发展历程固体激光器用固体激光材料作为工作物质的激光器。1960年，梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器，也是世界上第一台激光器。固体激光器一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成。这类激光器所采用的固体工作物质，是把具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体而制成的。在固体中能产生受激发射作用的金属离子主要有三类：(1)过渡金属离子；(2)大多数镧系金属离子；(3)锕系金属离子。这些掺杂到固体基质中的金属离子的主要特点是：

具有比较宽的有效吸收光谱带，深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机比较高的荧光效率，比较长的荧光寿命和比较窄的荧光谱线，因而易于产生粒子数反转和受激发射。用作晶体类基质的人工晶体主要有：刚玉、钇铝石榴石、钨酸钙、氟化钙等，以及铝酸钇、铍酸镧等。用作玻璃类基质的主要是优质硅酸盐光学玻璃，例如常用的钡冕玻璃和钙冕玻璃。与晶体基质相比，玻璃基质的主要特点是制备方便和易于获得大尺寸优质材料。对于晶体和玻璃基质的主要要求是：易于掺入起激活作用的发光金属离子；http://具有良好的光谱特性、光学透射率特性和高度的光学均匀性；具有适于长期激光运转的物理和化学特性。晶体激光器以红宝石和掺钕钇铝石榴石为典型代表。玻璃激光器则是以钕玻璃激光器为典型代表。

工作物质固体激光器的工作物质，由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。这种工作物质一般应具有良好的物理－化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子效率。玻璃激光工作物质容易制成均匀的大尺寸材料，可用于高能量或高峰值功率激光器。但其荧光谱线较宽，热性能较差，不适于高平均功率下工作。常见的钕玻璃有硅酸盐、磷酸盐和氟磷酸盐玻璃。80年代初期，研制成功折射率温度系数为负值的钕玻璃，可用于高重复频率的中、小能量激光器。晶体激光工作物质一般具有良好的热性能和机械性能，窄的荧光谱线，但获得优质大尺寸材料的晶体生长技术复杂。60年代以来已有300种以上掺入各种稀土金属或过渡金属离子氧化物和氟化物晶体实现了激光振荡。常用的激光晶体有红宝石(Cr:Al2O3,波长6943

星载全固态激光器的实验研究

第38卷第3期红外与激光工程2009年6月Vol.38No.3Infrared and Laser Engineering Jun.2009 星载全固态激光器的实验研究毕进子，马秀华，陈卫标 (中国科学院上海光学精密机械研究所，上海201800) 摘要：激光二极管抽运的全固态激光器具有体积小、质量轻、效率高的特点，是目前星载激光雷达系统的主要发射光源。介绍了一种基于传导冷却的LD阵列侧面抽运Nd:YAG晶体的Zig蛳Zag板条激光器。板条介质能够消除棒状介质带来的一阶热聚焦和应力退偏效应。采用55个准连续激光二极管沿板条晶体长度方向均匀排列，通过柱面镜耦合进行均匀抽运。Nd:YAG晶体的散热是采用与其热膨胀系数匹配的金属热沉由光泵背面将热量传导出去。LD阵列的散热是通过紫铜热沉传导到底板，再由热管传递出去。实验中使用平凹激光谐振腔，重复频率20Hz，获得单脉冲能量大于150mJ的激光输出，脉冲宽度10ns左右，光-光转换效率大于15%。实验表明：该激光器具有在太空中应用的潜力。关键词：星载激光器；传导冷却；LD侧面抽运；空间激光雷达中图分类号：TN24文献标识码：A文章编号：1007-2276(2009)03-0448-04 Experimental study of space蛳borne all蛳solid蛳state laser BI Jin蛳zi，MA Xiu蛳hua，CHEN Wei蛳biao (Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Shanghai201800，China) Abstract:Diode蛳pumped solid蛳state lasers are currently main optical source of space蛳based lidar system，because of its small volume,light weight and high efficiency.A conductively cooled diode arrays side蛳pumping Nd:YAG Zig蛳Zag slab laser was introduced.The slab geometry medium could eliminate the first order thermal lensing and depolarization effects of stress of rod geometry medium.55quasi蛳cw diode bars were placed symmetrically along the length direction of slab's crystal,and coupled through a cylindrical lens,uniformly pumping.Thermal conduction of Nd:YAG crystal was done on the reverse pumping face by metal cooling heat sink.The heat dissipation of diodes arrays was conducted to bottom through heat sink,transmitted out by heat pipes.A plane蛳concave rear mirror and a flat output coupler were used as laser resonator.The pulses had been obtained with energy of150mJ,repetition frequency of20Hz,pulse width of10ns.The optical to optical conversion efficiency was more than15%. Experiment results show that this laser is capable of use in space. Key words:Space蛳borne lasers;Conductively cooled;LD side pumping;Space蛳based lidar 收稿日期：2008-08-10；修订日期：2008-10-20 基金项目：国防科技预研基金项目作者简介：毕进子（1976-），男，山东威海人，助理研究员，主要从事空间激光器和空间光学仪器结构设计与分析等方面的研究。 Email:mnibjz@https://www.wendangku.net/doc/ba5307082.html,

氦氖激光器的调腔实验

氦氖激光器的调腔实验（北京师范大学物理系）摘要：本实验分别通过准直法和十字叉丝法来调节谐振腔两端腔镜的位置，使得两个腔镜平行且和毛细管垂直，发射激光，并通过统调法获得最强激光。理论：激光器由激励电流、增益介质和谐振腔组成，如图1。对He-Ne激光器而言增益介质就是在两端封有布儒斯特窗的毛细管内按一定的气压充以适当比例的氦氖气体，当氦氖混合气体被电流激励时，与某些谱线对应的上下能级的粒子数发生反转，使介质具有增益。介质增益与毛细管长度、内径粗细、两种气体的比例、总气压以及放电电流等因素有关。对谐振腔而言腔长要满足频率的驻波条件，谐振腔镜的曲率半径要满足腔的稳定条件。总之腔的损耗必须小于介质的增益，才能建立激光振荡。由于介质的增益具有饱和特性，增益随激光强度增加而减小。初始建立激光振荡时增益大于损耗，随着激光的增强而增益逐渐减小直到增益等于损耗时才有持续稳定的振荡。图1 激光器原理图实验内容： 1.清洗镜头在清洗镜头时候可以通过腔镜的具体情况选择合适的清洗方法，首先应用洗耳球吹去镜头上的灰尘等颗粒物，对于软膜我们采用拖曳的方法，首先将镜头放置在水平的桌面上，取一张镜头纸并将光滑一面放置在镜头上，并且在此之前确保不会用手去接触光滑面，在擦镜纸上接触镜头的部位滴一到两滴丙酮试剂，轻轻拖曳擦镜纸的一端直到整张擦镜纸擦过镜头。

图2 软膜清洗法对于硬膜，洗耳球吹去镜头上的灰尘等颗粒物之后，将镜头着对折，如图，用止血钳夹住擦镜纸，露出一段，在露出一端上滴一到两滴丙酮，轻甩之后擦拭镜头，擦拭的过程保证擦拭方向永远朝着一个方向，不来回擦拭。图3 硬膜清洗法 2.准直法调腔用具：He-Ne激光器、准直激光器、贴有白纸的立板。步骤：（1）通过上述方法清洗完镜头和布儒斯特窗后，打开准直激光器；（2）首先调节准直激光器的上下高度和俯仰角度，使得准直激光器打出来的光与毛细管的中心在同一水平线上；（3）将准直激光器固定在谐振腔一端的前段，将激光穿透整个毛细管，此时可以调节准直激光器的横向位移和左右偏移动，直到穿透的光打在对面的白纸上呈现同心圆环状；（4）装上阴极反射镜，调整反射镜的左右偏转和俯仰，使反射回的激光与出来的激光重合出现在准直激光器镜头上的正中心；（5）装上阳极反射镜，调整反射镜的左右偏转和俯仰，使反射回的激光出现规则的明暗变化；

第一台激光器——红宝石固体激光器

第一台激光器——红宝石固体激光器摘要：本文主要回顾了第一台激光器的研制历程，介绍了红宝石激光器的工作原理和它的发明者梅曼先生。一、发展历程 1917年，爱因斯坦(Einstein)在气体平衡计算的工作中，发现在自然界存在着两种发光形式:一种是自发辐射，一种是受激辐射。前者指的是自然光的发光形式，而第二种正是产生激光的基础理论。激光的定义就是:“利用辐射的受激辐射实现的光放大”( Light amplification by the stimulated emission of radiation )。爱因斯坦的观点被当时的第一次世界大战的枪炮声所淹没，对于受激辐射这一重妥概念的意义没有被人们及时认识到. 1921年，发明磁控管，从此开始了微波的研究。 1927年，狄拉克(Dirac)根据感应辐射的属性提出创制星子书瞬浮的建议。 1934年，克赖克汤和威廉}i} i}i}于振荡器发现了电磁波和分a:.的相互作用。这是最旱期的电磁波谱学实验。 30年代，一些科学家建立的量子力学理论，使爱因斯坦的这两种发光形式的物理内容得到更为深刻的阐明。同时，近代光谱学的发展，也为激光光的出现奠定了的理论基础. 1944年，扎沃依斯基发现了电子的顺磁共振，打下了对微波波段电子顺磁能级研究的基础. 1945年第二次世界大战结束以后，大扰物理学家问到大学工作，在大学里建起了强大的新设备.他们开始着手进行微波波谱学山研究。当时，韦伯(Webber )、法布里肯特、巴索夫(tacos)和普罗霍洛夫(11po1。二。。)以及汤斯("l}ow'nes)等科学家分别提出了用受激辐射获得放大的设想。这是激光理论发展的重要起点. 1946年在美、英两国几乎同时发现氨谱线中的精细结构和超精细结构。关于波谱学最显著的成果是发现氢原子谱-的兰姆位移。这是哥伦比亚大学的兰姆( Larnb)和另一同事的共同成果。他们曾具休地论述了观测净受激发射(负吸收)的可能性，明确指出了粒子数反转能够在何种状态实现，并针对一定的入射波，粗略计算了它的增益。作为激光的物理基础—受激辐射早在1917年就为人所知.可是，从1917年到1950年30多年来，在实验上却一直没有人去证明这个过程的存在.人们以为，要想在小于一亿分之一秒的时间里进行原子受激发射的宏观观察是难于做到的。但在后来激光器制成后.实验工作并不象人们最初所设想的那样艰难。从1940年观察到离子数反转到激光器，这中间仅仅一步之差，可是这“一步”却一直走了20年. 人类对电磁波的利用和无线电技术的发展，使社会和生产急需把这种利用由无线电波段向微波波段扩展，这就导致了微波放大理论及其器件的产生. 1951年，美国的汤斯提出了利用受激辐射获得放大的原理首先获得微波放大的设想.同年，普塞耳(I'urcell)和庞德(Pound)用核磁共振所进行的一次实验，造成了粒子数反转，进一步确认了受激辐射过程，给微波放大器的产生带来了希望。其后，汤斯进行了两年半的艰苦工作，干1953年末和果尔登(Gordon )、

高稳定全固态绿光激光器的研究

高稳定全固态绿光激光器的研究 -------------------------------------------------------------------------------- 来源: 雅信通霍玉晶何淑芳林彦北京清华大学电子工程系固体激光与光电子技术研究所前言全固态绿激光器具有能量转换效率高、功率大、光束质量好、体积小、寿命长、使用方便等优点，在彩色显示、激光医疗、水下通讯等方面有重要的应用，是国内外光电子技术研究与开发的热点之一。全固态腔内倍频绿激光器通过高效率的腔内倍频获得绿激光输出，它的结构紧凑，转换效率高，是获得绿激光的主要器件之一。但是此类绿激光输出功率波动一般都很大。腔内倍频绿光激光器输出功率的稳定性成为目前全固态绿光激光器的研究重点课题之一[1,2]。本文报到我们研制的全固化微型全固态绿光激光器和分离元件的全固态脉冲绿光激光器，以及提高它们输出功率稳定性的最新结果。 1、全固化的微型全固态连续绿光激光器在本文中，“全固化”是指激光头的全部元件被用环氧树脂粘合为一个整体，整个器件中没有任何需要调整的元件，这种器件的使用十分方便。本文研制的全固化的微型全固态连续绿光激光器采用LD端面抽运Nd:YVO4激光晶体得到1064nm近红外激光，再用KTP晶体作腔内倍频得到532nm绿激光输出。其原理如图1所示。它采用北京半导体研究所生产的808nm的1W的LD作为抽运光源。由于所用LD的输出功率比较小，因此提高器件的光－光转换效率是提高器件性能的关键。为此，采用半导体制冷器作为温度控制元件，对LD的温度进行控制，以使其工作波长和激光晶体的吸收波长峰值准确重合，提高对抽运光的吸收效率。在本实验中把LD的工作波长调整到808.5nm。采用中科院福建物构所生产的Nd:YVO4晶体作激光介质，掺杂浓度为3at％，a轴方向切割，长度为1mm，横截面尺寸为3×3mm2。采用端面同轴抽运方式使LD的抽运光束和所产生的1.064mm激光光束在空间上更好地耦合，以提高抽运效率。采用焦距为3mm的非球面透镜把LD的光束聚焦到Nd:YVO4晶体内部，焦点处光斑直径为100mm，抽运光从LD到Nd:YVO4晶体内部的总耦合效率为92％。采用平凹稳定型谐振腔提高器件的效率和稳定性。为了提高抽运光利用率，采用凹面后反射镜和平面输出镜组成激光谐振腔。Nd:YVO4晶体的入射端面是曲率半径为50mm球面。后反射镜直接镀制在此面上。它对1064nm的反射率>99.8%，对808nm光的透射率>99.5%。Nd:YVO4晶体的另一端为平面，镀同时对1064nm和532nm 的双波长增透膜，剩余反射率<0.25%。平面输出镜对1064nm光的反射率>99.8%，对532nm 光的透射率>97%。平面输出镜的背面镀有对532nm光的增透膜，剩余反射率<0.25%。采用北京人工晶体研究院生产的KTP倍频晶体作腔内倍频器，按类临界相位匹配角切割，它的横截面为3×3mm2，通光方向长5mm，两个通光面同时镀对1064nm和532nm的增透膜，每个面的剩余反射率<0.25%。为了提高器件的稳定性，用环氧树脂把全部元件粘接为一个整体，同时用一个半导体致冷器对它们进行整体控温。HSH型微型绿激光器的外形尺寸如图2所示。可以看到，它的体积很小，使用是很方便的。用滤光器滤除输出光束中的808nm的抽运光和1064nm的基频光后，用Ocean Optics, Inc. 公司的HR2000CG-UV-NI光谱仪测量绿激光的波长，用清华大学研制的HH型F－P共焦球面扫

半导体激光器工作原理及主要参数

半导体激光器工作原理及主要参数 OFweek激光网讯：半导体激光器又称为激光二极管（LD，Laser Diode），是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。半导体激光器件，一般可分为同质结、单异质结、双异质结。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器的优点在于体积小、重量轻、运转可靠、能耗低、效率高、寿命长、高速调制，因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检测仪器等领域得到了广泛的应用。半导体激光器工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种：电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS（砷化镓）、InAS（砷化铟）、Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶（PbS、CdS、ZhO等）作为工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（GaAS、InAs、InSb等）作为工作物质，以其它激光器发出的激光作光泵激励。目前在半导体激光器件中，性能较好、应用较广的是：具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管半导体激光器。半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。小功率半导体激光器（信息型激光器），主要用于信息技术领域，例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器（DFB-LD）、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器（405nm、532nm、635nm、650nm、670nm）。这些器件的特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。大功率半导体激光器（功率型激光器），主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。半导体激光器主要参数：波长nm：激光器工作波长，例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。阈值电流Ith：激光二极管开始产生激光振荡的电流，对小功率激光器而言其值约在数十毫安。

光纤激光器的控制系统

光纤激光器的控制系统随着激光器在切割、焊接、表面处理等广泛应用。文中设计了应用于激光打标的功率控制系统，采用数字电位器方式使激光器的性能得到大幅提高，硬件电路设计结构简单、系统响应速度快，不需要额外器件，成本低廉、功能齐全、实用性强。 1、系统总体设计 1.1、控制系统设计控制系统主要由单片机MC9S12XDP512、开关电源PC0-6131、数字电位器DS1867、数字温度传感器DS18B20、LCD1602显示器、键盘和报警装置等组成。系统进行读写操作时，光纤激光器输出功率由单片机进行控制调节，提供所需要的激光功率，功率设定时，由单片机MC9S12XDP512对数字电位器DS1867输出电阻进行控制，以改变开关电源控制端的输入电压，使开关电源的输出电流改变，得到光纤激光器输出功率所需要的驱动电流，从而实现激光输出功率的变化。同时利用数字温度传感器对光纤激光器工作环境温度进行采集，利用单片机实现对温度数据的处理，当温度超出规定的40℃时，单片机会控制发光二级管进行温度报警，并利用LCD显示装置显示信息，用户可实时了解激光器的工作情况。 1.2、控制原理激光器为电流型驱动器件，驱动电流是输出光功率的前提，通过改变激光器电源电流的大小来改变激光器的输出功率。系统控制激光器的输出功率的基本方法是：由单片机控制数字电位器DS1867的输出电阻，使开关电源控制端的电压改变，从而控制了开关电源的输出电流，改变光纤激光器功率的输出。数字电位器DS1867的输出电阻由式(1)计算 R=D×RWL+RW (1) 其中，RW为滑臂电阻，即为内部电位器电子开关电阻，通常RW≤100 Ω，典型值为40 Ω；RWL为数字电位器DS1867内部电子阵列中每个电阻单元的阻值；D为输入的数字量。根据光纤激光器功率控制的要求，即用户对光纤激光器的输出功率性能的要求，设计出用户要求的10等级功率输出产品，不同的功率等级输出对激光打标的对象有不同的要求。经实验得出，系统设计需要开关电源输出电流的变化范围为0～12 A，功率对应电流线性输出，允许功率稳定度有1％的误差波动。把光功率分成10个等级输出，输入数字量D的值如表1所示，可以通过查表实现。 2、系统的硬件设计 2.1、单片机的选择单片机MC9S12xDP512是Freescale公司生产的一种16位器件，其包括大量的片上存储器和外部I／O。由16位中央处理单元(CPU12X)、512 kB程序Flash、12 kB RAM、8 kB 数据Flash组成片内存储器。同时还包含两个异步串行通信接口(SCI)、一个串行外设接口(SPI)、一个8通道输入捕捉／输出比较(IC／OC)定时模块(TIM)、16通道12位A／D转换器(ADC)和一个8通道脉冲宽度调制模块(PWM)。MC9S12XD512具有91个独立的数字I ／O口，其中某些数字I／O口具有中断和唤醒功能。该单片机功能强大、运算速度快、可

外腔用半导体激光管基本原理及应用

外腔用半导体激光器基本原理及应用 1. 外腔用半导体激光器的概念早期普通FP腔结构的半导体激光管腔长一般在800μm—1500μm, 后反射面的反射率接近全反射,出射端面的反射率一般在百分之几十以内。由于谐振腔的精细度不够高,而自由光谱范围又很宽,造成普通FP腔半导体激光器的线宽比较宽,甚至会出现多模运转,所以通常不能直接用在原子分子精密光谱，光频标，冷原子操控，原子干涉仪等研究领域。后续出现了DFB/DBR等激光器，因为内置光栅的原因，线宽得到了一定的压窄，可以达到2MHz甚至更小，基本可以应用到上述领域中。但随着对研究精度的提高，MHz级别的线宽已经不能满足更高要求的实验需求了，于是通过在激光管外再增加一些光反馈元件,使得激光管的后反射面和光反馈元件之间形成一个外腔,这样的激光器称为外腔半导体激光器(ECDL)。由于外腔对激光器的模式选择作用,可以大幅度压窄半导体激光器的线宽到KHz级别,同时通过外腔光学元件的调谐作用,使得激光波长可以精确调谐。由于外腔半导体激光器具有易于调谐、谱线宽度窄、维护简单等特点,成为精密光谱研究中一个重要的工具。当然外腔用半导体激光器也有结构稳定性和紧凑度不如DFB激光器的情况，但更窄的线宽以及更高的功率依然是它的最大优势所在。两种典型的外腔半导体激光管结构（Littrow结构和Littman结构）

2. 外腔用半导体激光管的线宽压窄原理设入射光的波长为λ0 ，为了使1级光形成外腔反射，必须满足以下方程组：从激光管出来的光谱范围较大，波长成分较多，但只有满足第一个方程的波长成分才会发生一级闪耀反射回去，同时腔长必须满足第二个方程，反射回去的光才能形成谐振放大。零级出射光里的波长成分主要是一级反射光的波长，其它波长成分因为没有放大过程会大幅衰减，表现出来的光谱特性就是极窄的线宽。 3. 主要应用外腔用半导体激光器因为它极窄的线宽和较高的光功率，在冷原子，原子分子精密光谱研究领域具有广泛的用途，目前主要应用在原子冷却，光频标，原子干涉仪，激光陀螺，高精度原子钟和光钟。 ?????==0002sin 2λλθq L d

激光器激励原理

激光器激励原理 —固体激光器 1311310黄汉青 1311343张旭日辅导老师：

摘要：固体激光器目前是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的优点。介绍固体激光器的工作原理及应用，更能够加深对其的了解。本论文先从基本原理和结构介绍固体激光器，接着介绍一些典型的固体激光器，最后介绍其在军事国防、工业技术、医疗美容等三个方面的应用及未来的发展方向。关键词：固体激光器基本原理基本结构应用 1引用世界上第一台激光器—红宝石激光器（固体激光器）于1960年7月诞生了，距今已有整整五十年了。在这五十年时间里固体激光的发展与应用研究有了极大的飞跃，并且对人类社会产生了巨大的影响。固体激光器从其诞生开始至今，一直是备受关注。其输出能量大，峰值功率高，结构紧凑牢固耐用，因此在各方面都得到了广泛的用途，其价值不言而喻。正是由于这些突出的特点，其在工业、国防、医疗、科研等方面得到了广泛的应用，给我们的现实生活带了许多便利。未来的固体激光器将朝着以下几个方向发展： a)高功率及高能量 b)超短脉冲激光 c)高便携性 d)低成本高质量现在，激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域，它标志着新技术革命的发展。诚然，如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比，你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段，更令人激动的美好前景将要来到。 2激光与激光器

2.1激光 2.1.1激光（LASER）激光的英文名——LASER，是英语词组Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（受激辐射的光放大）的缩写[1]。2.1.2产生激光的条件产生激光有三个必要的条件[2]： 1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； 2)有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转； 3)有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。 3固体激光器 3.1工作原理和基本结构在固体激光器中，由泵浦系统辐射的光能，经过聚焦腔，使在固体工作物质中的激活粒子能够有效的吸收光能，让工作物质中形成粒子数反转，通过谐振腔，从而输出激光。如图1所示,固体激光器的基本结构（有部分结构没有画出）。固体激光器主要由工作物质、泵浦系统、聚光系统、光学谐振腔及冷却与滤光系统等五个部分组成[4]。

基础性实验：趣味光学实验汇总

光学基础性趣味实验目录实验1 光与彩虹（人造彩虹） (2) 实验2 人造彩虹2 (3) 实验3 光的折射实例 (5) 实验4 自制放大镜 (6) 实验5 红外线实验的设计 (7) 实验6 多功能小孔成像仪的制作 (8) 实验7 自制针孔眼镜——小孔成像的应用 (9) 实验8 镜子中有无数个镜子 (10) 实验9 日食和月食的演示 (11) 实验10 制作针孔照相机 (12) 实验11 用激光器演示光的直线传播 (13) 实验12 全反射现象观察......................................... 14错误！未定义

实验1 光与彩虹（人造彩虹）思考：你用什么办法能制作出与空中彩虹颜色一样的彩虹? 实验准备：清水1盆、平面镜1个实验操作： 1．取一小盆并加入2/3的水，再把镜子斜放于盆内； 2．使镜面对着阳光，在水盆对面的墙上就能看到美丽的彩虹。实验中的科学：将镜子插入水中时，在对面的墙上就能看到美丽的彩虹。它是光的折射作用，实验表明：白光通过三棱镜后就会分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种颜色的光，这就是光的色散。这里镜面左侧的水就好像一个三棱镜，因而光射出水面后就会发生色散，形成彩虹。创新：想一想,还有什么办法,可以制造出美丽的彩虹?

实验2 人造彩虹2 准备材料：水、一个玻璃杯、一张白纸。实验步骤： 1．在玻璃杯中装满水，把杯子拿到阳光可以照射到的窗台上；2．把纸放到阳光透过杯子投射进来的地方，这样在纸上就可以看到彩虹的色彩。实验中的科学：光线被水折射了，因而投射到纸上的颜色是阳光被分解之后的颜色，原理跟天空中彩虹的形成是一样的。当阳光以40到42度的角度照射空中的水珠时，阳光通过水珠时发生折射，投射到空中形成了彩虹。知识问答：彩虹为什么总是弯曲的？想象你看着东边的彩虹，太阳在从背后的西边落下。白色的阳光(彩虹中所有颜色的组合)穿越了大气，向东通过了你的头顶，碰到了从暴风雨落下的水滴。当一道光束碰到了水滴，会有两种可能：一是光可能直接穿透过去，或者更有趣的是，它可能碰到水滴的前缘，在进入时水滴内部产生弯曲，接着从水滴后端反射回来，再从水滴前端离开，往我们这里折射出来。这就是形成彩虹的光。水滴对光的反射，折射加色散形成彩虹。色散后不同色光出射的方向不同，对一个水滴出射的光我们只有站在特定的观察点上才能看见特定的颜色光，而我们平时是站在固定的观察点上去看空中多个水滴，这样，不同水滴中出射的同一种色光能够到达眼睛，这些水滴

固体激光器原理及应用

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编号赣南师范学院学士学位论文固体激光器原理及应用教学学院物理与电子信息学院届别2010届专业电子科学与技术学号 060803０13 姓名丁志鹏指导老师邹万芳完成日期 201０.5.10

目录摘要 ............................................................................... 错误!未定义书签。关键词 ........................................................................... 错误!未定义书签。Abstract ....................................................................... 错误!未定义书签。Kｅy words ................................................................... 错误!未定义书签。1引用2? 2激光与激光器 ........................................................ 错误!未定义书签。 2.1?激光 ........................................................................ 错误!未定义书签。 2.2激光器 ............................................................... 错误!未定义书签。３?固体激光器 .............................................................. 错误!未定义书签。３．1?工作原理和基本结构 ........................................ 错误!未定义书签。３．2?典型的固体激光器?错误!未定义书签。３.３典型固体激光器的比较?错误!未定义书签。 3.4固体激光器的优缺点?错误!未定义书签。 4固体激光器的应用?错误!未定义书签。 4.1?军事国防?错误!未定义书签。 4．2?工业制造?错误!未定义书签。 4.3医疗美容?错误!未定义书签。 5结束语 .................................................................... 错误!未定义书签。参考文献 ....................................................................... 错误!未定义书签。

全固态激光器控制器

1-3KwW全固态激光器控制系统一、概述激光器保护控制器可实现激光器的操作控制、保护等功能； 1.控制功能：控制功能主要包括激光器及辅助设备的手动\自动开启、关闭及联动。所有激光器操作控制均围绕方便，安全两方面设计。系统控制采用手动和自动两种方式操作。手动方式主要用于激光器及外部设备的调试，以及功率的设置，可脱离机器人直接通过面板按键控制激光器及外部设备启停。自动方式用于激光器实际工作时的激光器的快速启停及运行控制。并可接受外部机器人控制信息。在用户有可能发生误操作的一些项目中不与执行并有提示信息，最大限度地限制用户的非法控制操作。 2.保护功能：全固体激光器的主要部分是钯条、晶体棒、光纤、镜片以及电源及其它控制电路，而其中钯条、晶体棒、光纤及镜片等又是及易损坏的部件，因此对它们的保护是控制系统的重点。对于钯条、晶体棒、光纤部分，损坏的主要原因是由于温度过高、输入电流电压过高、输入电流突变等原因引起的，而这些部件的降温是依靠水冷系统来完成。因此，在激光控制部分做到无水不开电源，控制电流缓慢步进变化，并对这些部件的温度、水系统工作状态、电源电流、电压的进行实时监测快速处理保护就可以很好避免这些部件的损坏。同时，水系统漏水也会损坏钯条、电源及控制电路，系统还具有光腔内漏水的检测。对于镜片部分，温度过低易结露，出激光后易造成镜片损坏。而温度过高也可造成镜片炸裂，因此也应做好开机温度检测。同时，为防止光腔内结露，还在开机时还要求进行预充高纯氮，以驱散水蒸气并增加腔内气压以防止灰尘进入腔内。系统设置了以下传感器及监测点作为系统保护的监测点： ?各电源的电流、电压信息各一路； ?激光头热沉水流量开关一路； ?激光头晶体棒水流量开关一路； ?保护气流量开关一路； ?激光头热沉冷却水入口温度检测一路； ?激光头晶体棒冷却水入口温度检测一路； ?各激光头冷却水出口温度各两路； ?镜片冷却水温度一路；

实验40 用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长

实验40 用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长一、实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构及调整方法，并用它测光波波长 2.通过实验观察等倾干涉现象二、实验仪器氦氖激光器、迈克尔逊干涉仪(250nm)、透镜、毛玻璃等。迈克尔逊干涉仪外形如图一所示。其中反射镜M1是固定的，M2可以在导轨上前后移动，以改变光程差。反射镜M2的移动采用蜗轮蜗杆传动系统，转动粗调手轮（2）可以实现粗调。M2移动距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻度尺（5）上读得。通过读数窗口，在刻度盘（3）上可读到0.01mm；转动微调手轮（1）可实现微调，微调手轮的分度值为1×10-4mm。可估读到10-5mm。M1、M2背面各有3个螺钉可以用来粗调M1和M2的倾度，倾度的微调是通过调节水平微调（15）和竖直微调螺丝（16）来实现的。图一图二三、实验原理 1.仪器基本原理迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图二所示。M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜。P1、P2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，与M1、M2均成45°角。P1的一个表面镀有半反半透膜，使射到其上的光线分为光强度差不多相等的反射光和透射光；P1称为分光板。当光照到P1上时，在半透膜上分成相互垂直的两束光，透射光（1）射到M1，经M1反射后，透过P2，在P1的半透膜上反射后射向E；反射光（2）射到M2，经M2反射后，透过P1射向E。由于光线（2）前后共通过P1三次，而光线（1）只通过P1一次，有了P2，它

们在玻璃中的光程便相等了，于是计算这两束光的光程差时，只需计算两束光在空气中的光程差就可以了，所以P 2称为补偿板。当观察者从E 处向P 1看去时，除直接看到M 2外还看到M 1的像M 1ˊ。于是（1）、（2）两束光如同从M 2与M 1ˊ反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M 1′～M 2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。 2.干涉条纹的图样本实验用He-Ne 激光器作为光源（见图三），激光S 射向迈克尔逊干涉仪，点光源经平面镜M 1、M 2反射后，相当于由两个点光源S 1ˊ和S 2ˊ发出的相干光束。S ˊ是S 的等效光源，是经半反射面A 所成的虚像。S 1′是S ′经M 1′所成的虚像。S 2′是S ′经M 2所成的虚像。由图三可知，只要观察屏放在两点光源发出光波的重叠区域内，都能看到干涉现象。如果M 2与M 1′严格平行，且把观察屏放在垂直于S 1′和S 2′的连线上，就能看到一组明暗相间的同心圆干涉环，其圆心位于S 1′S 2′轴线与屏的交点P 0处，从图四可以看出P 0处的光程差ΔL =2d ，屏上其它任意点P ′或P ″的光程差近似为 ?cos 2d L =? (1) 式中?为S 2′射到P ″点的光线与M 2法线之间的夹角。当λ?k d =?cos 2时，为明纹；当 2/)12(cos 2λ?+=?k d 时，为暗纹。由图四可以看出，以P 0为圆心的圆环是从虚光源发出的倾角相同的光线干涉的结果，因此，称为“等倾干涉条纹”。?=0时光程差最大，即圆心P 0处干涉环级次最高，越向边缘级次越低。当d 增加时，干涉环中心级次将增高，条纹沿半径向外移动，即可看到干涉环从中心“冒”出；反之当d 减小，干涉环向中心“缩”进去。图三图四由明纹条件可知，当干涉环中心为明纹时，ΔL =2d=k λ。此时若移动M 2（改变d)，环心处条纹的级次相应改变，当d 每改变λ/2距离，环心就冒出或缩进一条环纹。若M 2移动距离为Δd ，相应冒出或缩进的干涉环条纹数为N ，则有

CO2激光器原理及应用

目录摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Keywords (1) 1引言 (2) 2激光 (2) 2.1激光产生的三个条件 (3) 2.2激光的特点 (3) 2.3激光器 (3) 3 CO2激光器的原理 (5) 3.1 CO2激光器的基本结构 (5) 3.2 CO2激光器基本工作原理 (7) 3.3 CO2激光器的优缺点 (8) 4 CO2激光器的应用 (9) 4.1军事上的应用 (9) 4.2医疗上的应用 (10) 4.3工业上的应用 (12) 5 CO2激光器的研究现状与发展前景 (14) 5.1 CO2激光器的研究现状 (14) 5.2 CO2激光器的发展前景 (15) 6 结束语 (17) 参考文献 (19) 致谢 (20)

摘要：本文从引言出发介绍了CO2激光技术的基本情况，简单介绍了激光和激光器的一些特点，重点介绍了气体激光器中的CO2激光器的相关应用，目前CO2激光器是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的高功率、高质量等优点。论文首先介绍了应用型CO2激光器的基本结构和工作原理，着重介绍了应用型CO2激光器在军事、医疗和工业三个主要领域的应用，最后介绍应用型CO2激光器的研究前景和现状。通过这些介绍使得人们能够加深对CO2激光器的了解和认识。关键词: CO2激光器；基本原理；基本结构；应用； Abstract: This departure from the introduction of CO2 laser technology, introduced the basic situation, briefly introduced some of the characteristics of laser and laser to highlight the CO 2gas laser in laser-related applications, the current CO 2 laser was one of the most extensive laser, it had some very prominent high-power, high quality and so on. Paper introduced the application of CO 2 laser-type basic structure and working principle, focusing on the application type CO 2 laser in the military, medical and industrial application of the three main areas, Finally, applied research prospects for CO 2 laser and status. Through these presentations allowed people to deepen their knowledge and understanding of CO s lasers. Keywords:CO2Laser Basic Principle Basic Structure Application