固体激光倍频、调Q实验(2)

由于倍频效率与基频激光的峰值功率平方成正比，所以为了有效地产生高效率的倍频输出，在 YAG 腔内采用了声光调 Q 装置，其作用可以将连续振荡的1064nm基频光变换成10KHz左右的高重复频率脉冲激光，脉冲宽度在150nS 左右。由于具有重复频率和峰值功率高的特点，所以可以获得高平均功率的倍频绿光输出。实验装置中采用 5mW 的氦氖激光器做为准直光源。谐振腔后面采用的全反镜为1064nm高反。倍频输出镜为1064nm高反和532nm高透双色镜。1064nm 基频光在腔内形成振荡且不直接输出到腔外。在腔内放置 KTP晶体做为倍频器件，将1064nm基频光转换为532nm倍频光，并通过倍频输出镜获得输出。本实验中，在腔内还放置了一块谐波反射镜，上面镀有 1064nm 高透、532nm 高反，使获得的后向倍频光再次反射回倍频输出镜处并得到输出，从而进一步提高了倍频输出效率。

【实验内容】

（1）仔细反复调整激光器中反射镜、声光 Q 开关、KTP 倍频晶体，使之降低阈值达到最佳工作状态。

（2）观察声光调Q连续YAG倍频激光器的工作特点。 （3）比较有调Q作用和无调Q作用时倍频输出明显的差别。 （4）测量倍频激光器绿光输出的脉冲宽度和波形。 （5）观察不同声光调制频率下绿光输出功率的变化。 （6）转动倍频晶体角度观察倍频输出功率变化。 *（7）估算倍频激光器的倍频效率。

【实验步骤】

（1）用氦氖激光器调整光路，使所有反射面都与光轴垂直，达到谐振腔的腔镜平行。重点是光路中的激光棒端面、声光Q开关端面、全反镜和倍频输出镜。这是保证有效产生高功率基频光振荡的首要条件。

（2）通冷却水后，小心设定连续激光电源的最小工作电流，开启电源使连续氪灯工作在最小孤光放电状态。

（3）打开激光功率计，并调零，设定探测波长为 532nm 档。开启声光调Q 驱动电源，调整声光调制功率。一般应结合激光功率进行调整，当激光功率较小时调制功率亦小，调制功率不宜设定过高，以达到最高效率为准。先将声光调制频率设定为 7KHz 左右，进行观察，然后再改变声光调制频率从7KHz~20KHz，观察绿光输出功率的变化。

（4）对实验内容（3）进行观察和熟悉。

（5）用分辨率小于100nS 的示波器和绿光响应的高速光电二级管探测观察声光调Q倍频绿光输出的波形。可将激光调整到较小，或将绿光激光打到物体的反射面上探测其反射光即可。不可直接将探测器对准绿光进行探测，否则会造成探测器的损坏。

（6）绘制不同声光调制频率下的绿光输出功率曲线，注意标明激光工作条 件（激光电源驱动电流、声光调制器驱动电流） 。 （7）KTP 晶体属于双轴晶体，实验中采用 II 类相位匹配，其 1064nm 的倍频最佳相位匹配角为

稍微

转动晶体的方位角记录输出功率随晶体角度变化的曲线。理论计

算应为一Sinc平方曲线。用氦氖激光器垂直入射晶体表面，在一定距离上观察晶体表面反射光点的位置，以计算出晶体与光轴的夹角。 *（8）测量倍频效率。先将倍频晶体和谐波反射镜取出，用一波长在1064nm处反射率为 90%的镜片取代倍频输出镜，以形成一 1064nm 连续激光谐振腔，先测量只有 1064nm 激光输出的功率。将晶体、谐波反射镜、倍频输出镜放回导轨上，形成内腔倍频谐振腔，再测量倍频输出的绿光功率。用绿光功率除以基频光功率，以估算出倍频效率。注意：此时测量的基频光功率为估算值，实际还应考虑电源到激光的效率。 重要提示：

（1）连续激光器的电源功率最大输出在千瓦以上，由于固体激光器效率只有百分之几，大部分都转换为热量，所以一定要先开启冷却水然后方可进行操作，否则晶体和氪灯会发生损坏。

（2）由于1064nm基频光都在腔内振荡没有输出，所以腔内功率密度很高，很容易打坏光学元件，所以一定要保证通光光路中没有切光，特别是KTP晶体要对正通光中心。

（3）激光脉宽探测器是价值较高的高速响应及高灵敏度光电二极管，不可直接将激光输出打在上面。只能探测强光打在物体上的散射光。 【讨论】

倍频激光器输出耦合镜为1064nm全反， 这是否与激光原理中最佳偶合输出的概念矛盾？

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