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激光原理及技术实验讲义吴丽莹主编系别班级姓名哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院2006年6月实验一横向塞曼效应He —Ne 激光器的频率稳定Frequency Stabilization of Transverse Zeeman He —Ne Laser (FSTZL)一、简述激光器为什么需要稳频？这是精密计量的需要。
许多几何量的计量都以长度为基础，所以长度基准是非常重要的。
长度单位“一米”的定义是光在真空中1秒所走距离的299,792,458分之一。
这是一个绝对的定义。
实际上用激光波长作为测量的基准，这个基准的再现度可达到10-11—10-12。
He-Ne 激光器同其它光源相比，频率和波长已经很纯了，但是在连续运行过程中，会产生频率飘移，即频率值随时间变化。
频率的变化就等于波长产生变化，给精密计量带来误差，所以必须采用稳频技术。
频率的稳定程度用稳定度指标衡量, 稳定度是指激光器在一次连续工作时间内的频率漂移Δν与振荡频率ν之比S 的值越小，频率稳定度越高。
短期稳定度：观察取样时间小于1秒；长期稳定度：观察取样时间大于1秒，可以是数分钟或几小时二、实验目的结合仪器实物学习横向塞曼效应稳频激光器仪器结构、系统组成、稳频原理； 掌握稳频的控制方法与技术、实现激光频率的稳定；了解横向塞曼效应稳频激光器的性能、特点。
（例如：频率稳定度高，10-10，偏振性能好，拍频频率低，易接收等）三、实验原理3.1横向塞曼效应原子能级在外加磁场的作用下发生分裂的现象称为塞曼效应。
外加磁场方向与谐振光轴方向垂直，称为横向塞曼效应ννS ∆=图1 差拍干涉示意图3.2 差拍信号设频率分别为1f 和2f 的单色光波的振动方程分别为：()()111222cos 2cos 2E a f t E a f t πϕπϕ=-=-两个光波迭加得：[][])φ)t-(φf π(f )-φ)t-(φf π(f a 2121212121221cos 221cos2E E E ++⨯-=+=21b f f Δf -=是两分量之间的频差，频率为几十千赫芝到几百千赫芝，也即差拍。
激光原理与技术实验报告.doc概述激光技术是一种应用广泛、发展迅速的新技术，在工业、医学、通讯等领域都有着广泛的应用。
本实验旨在了解激光的基本原理，掌握激光器的构造和激光束的生成与测量方法，以及掌握激光的一些基本特性和应用。
实验原理激光是指具有高度纯度、单色性好、方向性和相干性极强的光，其产生和放大是通过受激辐射过程完成的。
具体来说，激光器的工作原理是通过激发介质内的原子或分子，使其受激辐射，在辅助的反射镜的作用下，从而在激光器中形成一束具有极强方向性和相干性的激光。
实验装置实验装置如图所示，主要由He-Ne激光器、反射镜组、光路组件和功率测量仪等组成。
其中，He-Ne激光器是实验的主体部分，可产生波长为632.8nm的激光。
反射镜组是用来控制和调整激光束传输方向、聚焦和扩展等方面的效果。
光路组件包括凸透镜、切向波片、偏振片等，主要用来调整、过滤和分析激光束的偏振状态、强度和相位，以及产生不同的波长和形状的激光束。
功率测量仪主要用来测量激光束的功率、光密度和曲率等参数。
实验步骤1. 准备工作：检查实验装置的连接和安全，确认激光幽灵系统处于正常工作状态，注意保护眼睛。
2. 初步调整：用反射镜组将激光束从He-Ne激光器中传输到实验台上的观测屏幕上，调整反射镜组的位置和角度，以便获得尽可能高的反射率和强度。
3. 改变激光束的偏振状态：加入偏振片，以控制激光束的偏振状态和方向，观察不同偏振状态的激光束在屏幕上的反映情况，了解激光束的偏振特性。
4. 产生不同波长的激光束：加入切向波片和凸透镜组件，改变激光束的相位和波长，观察不同波长激光束在观察屏幕上的差异，掌握不同波长激光束的产生和调制方法。
5. 测量激光束的功率和强度：用功率测量仪测量激光束的功率和光密度等参数，掌握不同位置和距离的激光束的功率和强度变化情况，应用激光干涉和相位空间法等技术分析和处理激光束。
激光的原理及应用实验报告1. 引言激光（Laser）是一种著名的光源，具有高度的单色性、高亮度和直射性等特点，因此在众多领域有着广泛的应用。
本实验旨在研究激光的原理，并通过实际应用实验来进一步了解激光在医学、通信等领域中的应用。
2. 激光的原理激光的原理基于受激辐射（Stimulated Emission）和激光放大原理（Laser Amplification）。
2.1 受激辐射受激辐射是指当一个原子（或分子）处于激发态时，有一个外来辐射的光子与该原子（或分子）相互作用，从而使原子（或分子）跃迁到较低能级，并将辐射出一个和激发光子具有相同能量、频率、相位和传播方向的光子。
2.2 激光放大原理激光放大原理是指通过将入射光在放大介质中多次来回反射，从而使光强度不断增加，达到激光输出的过程。
3. 实验方法3.1 实验仪器和材料•激光生成器•反射镜•透射镜•激光干涉仪•激光接收器3.2 实验步骤1.将激光生成器放置于实验平台上，并根据实验需求调节激光器的输出功率和频率。
2.使用反射镜和透射镜等光学元件，将激光束调整为所需尺寸和光路。
3.将调整后的激光束通过激光干涉仪进行干涉检测。
4.使用激光接收器测量激光的功率和频率。
4. 实验结果与讨论4.1 实验结果通过实验，我们测得了激光的功率和频率，并观察到了激光干涉仪的干涉图样。
4.2 讨论根据实验结果，我们可以验证激光的单色性和相干性。
同时，实验还可以进一步验证激光的直射性和高亮度。
5. 激光的应用激光作为一种特殊的光源，在众多领域中有广泛的应用。
5.1 医学应用•激光医学：激光可用于手术、治疗和诊断等医学应用。
•激光眼科学：激光被广泛应用于近视矫正、白内障手术等眼科治疗中。
5.2 通信应用激光在通信领域中应用广泛： - 光纤通信：激光可用于传输信号和增强光纤通信的传输距离和传输速率。
- 激光雷达：激光雷达可用于测距、速度计量和环境感知等应用。
5.3 其他领域的应用除了医学和通信领域，激光还在其他领域有重要应用： - 工业加工：激光可用于切割、焊接、打孔等工艺的精密加工。
《激光原理与技术实验指导书》实验报告广东技术师范学院电子与信息学院目录仪器要求与安全保护 (2)实验一、LD泵浦ND:YVO4固体激光器的基本概念与主要参数测量 (3)实验二、LD泵浦ND:YVO4固体激光器光斑尺寸的测量 (12)实验三、LD泵浦ND:YVO4固体激光器远场发散角的测量 (16)实验四、声光调Q技术实验五、HE－NE激光器谐振腔调节 (28)实验六、HE-NE激光器的模式分析 (31)仪器要求与安全保护1、仪器安装在干燥、无灰尘、通风良好、远离热源和强（电）磁场的地方。
2、工作温度： 10～15o C3、相对湿度：＜70%4、工作电源： 220V±15% 50HZ5、安全防护（1）使用 He-Ne 激光器时，“+”，“-”（正，负）极不要插（接）错（2）激光管的电流不要调的过高，否则容易击穿，烧毁管子。
（最好接厂方给定的最佳电流）（3）激光出光后，眼睛不要直接直射观察激光点，否则容易损坏眼睛。
（4）He-Ne 激光管都是玻璃制品，易碎，小心轻拿轻放。
调节螺钉不要拧的太紧。
6、日常维护（1）外腔（或半内腔）激光管，外部活动的谐振腔，不要弄脏布儒斯特窗面，不要沾上灰尘否则不出光。
（2）激光管不要放在潮湿的地方，长时间不用时，最好隔几天点燃一次（特别是夏天）时间 20～30 分钟。
（3）半导体泵浦激光器实验装置应注意防潮，放置于比较干燥的地方。
在不使用时请将仪器上盖盖好，端盖旋紧，防止灰尘进入仪器。
注意：1激光对人眼睛有伤害，注意眼睛不要直接对着光源。
2激光器的电源电压上千伏，注意小心，不要触摸。
实验一、LD 泵浦Nd:YVO 4固体激光器的基本概念与主要参数测量一、实验目的与要求1、掌握LD 泵浦Nd:YVO4固体激光器的基本概念与激光器的调节2、掌握连续激光器阈值概念及测量方法3、掌握连续激光器斜率效率及测量方法二、实验类型综合型三、实验原理及说明1. 普通光源的发光—受激吸收和自发辐射普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。
激光作业指导书一、概述激光技术是一种现代化、高效率的加工方法，广泛应用于各个行业。
本指导书旨在帮助操作人员了解激光的基本原理、操作指南和安全注意事项，以确保能够正确、安全地进行激光作业。
二、激光的基本原理激光是通过连续激光或脉冲激光器产生的强光束。
其能量集中，波长短，具有高度的定向性和一致性。
激光的发射需要能量源和激光介质，其中激光介质的选择取决于所需的波长和输出功率。
三、激光的应用领域激光技术广泛应用于许多行业，如制造业、医疗、通信等。
在制造业领域，激光用于切割、焊接、打标和打孔等工艺。
在医疗领域，激光应用于眼科手术、皮肤治疗等。
在通信领域，激光用于光纤通信和激光雷达等。
四、激光作业的操作指南1. 激光器的操作- 在操作激光器之前，确保已经了解激光器的规格和性能参数，并按照厂家提供的操作手册进行操作。
- 在打开或关闭激光器时，必须遵循相关安全规程和程序。
- 操作结束后，及时关闭激光器，并进行必要的保养和维护。
2. 激光切割的操作步骤- 在进行激光切割作业之前，检查相关设备的状况，确保无故障。
- 调整激光切割机的参数，如功率、速度和频率等，以满足所需的切割效果。
- 根据切割图纸或要求，进行准确定位和定位。
- 在操作激光切割机时，必须佩戴合适的个人防护设备，如护目镜和手套等。
- 完成切割后，及时清理切割区域，对设备进行清洁和维护。
3. 激光焊接的操作步骤- 在进行激光焊接作业之前，检查激光焊接机的状况，确保工作正常。
- 根据焊接要求，调整激光焊接机的参数，如功率、速度和焦距等。
- 对焊接材料进行准确的定位和装夹。
- 在进行激光焊接时，注意保持焊接区域的清洁，并避免触摸焊接区域，以免烫伤。
- 完成焊接后，及时清理焊接区域，对设备进行清洁和维护。
五、激光作业的安全注意事项1. 佩戴个人防护设备，如护目镜、手套和防护服等。
2. 遵循操作手册和安全规程进行操作。
3. 禁止未经许可的人员接近激光作业区域。
4. 确保作业区域的通风良好，防止激光照射人体。
激光技术实验讲义激光原理与技术实验讲义赵江编审激光安全⼗项基本事项1. 除⾮在特殊情况下，使⽤激光器⼀般都必须在密闭室内空间。
2. 不要直视激光光束，对⼤功率红外或紫外的不可见光尤其要注意。
3. 操作激光时不要戴⼿表、⼿饰等反射较强的饰物。
4. 任何时候都不要忘记戴防护镜。
5. 对不可见的激光关闭后应⽤ IR 或 UV 卡检查⼀下是否真的关闭。
6. 激光器⼯作时要将不⽤的光导⼊到光束垃圾桶。
7. 对⾃制的光路部分最好⽤⼀个防护罩罩起来。
8. 保持光路⾼度在⼈的视线以下，⼯作时弯腰、低头、或拣地上的东西都是⾮常危险的。
9. 在激光⼯作地点的门⼝和室内贴上警⽰标签。
10. 所有激光器操作⼈员必须经过培训。
⽬录实验⼀激光谐振腔的调试 (1)实验⼆氦氖激光束光斑⼤⼩和发散⾓测量 (7)实验三共焦球⾯扫描⼲涉仪与氦氖激光束的模式分析 (12)实验四脉冲固体激光器的调试与参数测量 (25)实验五电光调Q和倍频实验 (35)实验六半导体激光器系列实验 (47)实验七半导体激光器端⾯泵浦和腔内倍频实验 (54)实验⼀激光谐振腔的调试⼀、实验⽬的1．掌握激光谐振腔结构，并学会稳定激光谐振腔的设计2．掌握谐振腔调试⽅法及技术⼆、实验仪器Las —Ⅲ型调腔实验仪三、实验原理1．激光的⾃激振荡和光学谐振腔激光的原意是受激辐射的光放⼤（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ）。
由爱因斯坦关系式：3213218A h n h B c νπνν== （1.1）121212B f B f =及⿊体辐射普朗克公式：1-=KT h eh E νν（1.2）可得光⼦简并度n 为：21212121338A W A B c h n ===ννρνπρ（1.3）其中νρ为单⾊能量密度。
由于受激辐射产⽣相⼲光⼦，⽽⾃发辐射产⽣⾮相⼲光⼦。
从（1.3）式出发，要产⽣激光就需要提⾼光⼦简并度，使受激辐射远远强于⾃发辐射。
激光原理与技术实训课程设计说明书题目激光原理与技术课程设计系(部) 电子与通信工程系专业(班级) 10光电信息工程姓名学号指导教师起止日期2012年12月30日—2013年1月6日10级激光原理与技术课程设计任务书目录摘要：5 1.声光效应实验：61.3.1超声驻波场中光衍射的实验观察 61.3.2 观察超声驻波场的像，测量声波的传播速度。
71.3.3 超声驻波衍射光强的测量衍射效率71.3.4 衍射光强分布的测量光栅常数83.ND：YAG激光器调腔实验114.ND：YAG激光器调Q实验175.ND：YAG激光器倍频实验206.晶体的电光效应实验227 总结与体会：25 8注意事项：25参考文献25摘要：在本次课程设计中，我们做了以下几个实验：晶体的电光效应实验、声光效应实验、YAG激光器调腔实验、Y AG激光器调Q实验、Y AG激光器倍频实验和氦氖激光器调腔及其性能研究实验。
在试验中，我们了解了LN晶体的一次电光效应特性和电厂对晶体的作用机理。
知道了布拉格衍射的实验条件和特点，并通过对声光器件衍射效率和带宽等的测量，加深了对其概念的理解。
熟悉了固体激光器的装配和调试方法和其主要性能。
了解了氦氖激光器的结构和工作原理及其调谐技巧。
从实验的结果来看，大体符合理论的结果，但由于试验中的误差，也有一些结果不太精确。
关键词：电光效应声光效应Y AG 氦氖激光器1.声光效应实验：1.1实验目的：一．观察声光相互作用现象。
二．知道布喇格衍射的实验条件和特点。
三．通过对声光器件衍射效率和带宽等的测量，加深对其概念的理解。
四．学会测量声光偏转和声光调制曲线。
1.2实验原理：声波是一种弹性波（纵向应力波），在介质中传播时，它使介质产生相应的弹性形变，从而激起介质中各质点沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。
超声场作用的这部分如同一个光学的“位相光栅”，该光栅间距（光栅常数）等于声波波长λs。
固体激光原理与技术综合实验一、实验目的1.掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法；2.掌握固体激光器被动调Q的工作原理，进行调Q脉冲的测量；3.了解固体激光器倍频的基本原理。
二、实验仪器固体激光器实验箱（内含808nm泵浦源、耦合透镜、激光晶体、倍频晶体、调Q晶体、输出镜、导轨、功率计、防护眼镜、）、示波器三、实验内容1．808nm半导体泵浦源的I-P曲线测量①将808nm泵浦源固定于导轨的右端，将功率计探头放置于其前端出光口并靠近。
②调节功率计调零旋钮，使读数归零。
③调节工作电流从零到最大，依次记录对应的电源电流示数I和功率计读数P，并且画出I-P曲线图。
④将半导体泵浦光源的电流调回至最小。
2．1064nm固体激光谐振腔涉及调整①将650nm指示激光器固定在导轨左端，调节旋钮，使之照射到有段泵浦光源的中心。
②将耦合镜组放置在光源左边并靠近，调节旋钮，使指示激光束照射到耦合镜组中心，且反射的指示激光束返回到出光口。
③将激光晶体放置在耦合镜组前，调节前后位置，使泵浦光源的聚焦点能够打在晶体中间，再调节旋钮，使反射的指示激光束返回到出光口。
④将1064nm的激光输出镜放置在激光晶体前，镀膜面朝向晶体，距离为50mm左右。
调节旋钮，使反射的指示激光束返回到出光口。
慢慢调高泵浦光功率至800mA时，使用红外显示卡观察是否可以看到1064nm的激光点。
如果没有，微调输出镜的俯仰旋钮，直至出光，关闭指示激光。
3．1064nm固体激光器模式观测及调整①固定一个输出镜和腔长，将功率计放置在导轨左端，使激光点打到功率计中心。
②观察功率计读数，通过调整输出镜、激光晶体、耦合镜组的旋钮和激光晶体的前后，使功率计示数最高，确保激光谐振腔此时处于相对最佳状态。
③调节工作电流从阈值到最大，依次记录对应的电源电流示数I 和功率计读数P，填入下表。
④根据实验1的测试数据，拟合出1064nm固体激光输出的I-P转化效率和P-P转换效率曲线，并研究阈值条件。
《激光原理与技术》实验教学大纲1.实验目的和背景1.1目的：通过实验，加深对激光原理与技术的理解，掌握激光器的基本原理和构造，学习激光的产生和调制方法，了解激光的光学特性和应用。
1.2背景：激光技术在众多领域中具有广泛的应用，包括通信、医疗、材料加工等。
因此，掌握激光原理与技术，培养学生对激光技术应用的能力，对相关职业发展具有重要意义。
2.实验内容2.1实验一：激光器基本原理和构造2.1.1研究和理解激光器的基本原理，包括受激辐射、能级跃迁等概念。
2.1.2学习激光器的常见构造，如固体激光器、气体激光器和半导体激光器。
2.1.3进行实验操作，掌握激光器的调节和控制。
2.2实验二：激光的产生与调制2.2.1研究和理解激光的产生过程，包括光子的受激辐射、光与物质的相互作用等。
2.2.2学习激光的调制方法，如脉冲调制、频率调制等。
2.2.3进行实验操作，实现对激光的产生和调制。
2.3实验三：激光的光学特性2.3.1研究和理解激光的光学特性，包括单色性、方向性和相干性等。
2.3.2学习激光束的鉴别、聚焦和发散等光学处理过程。
2.3.3进行实验操作，观察和分析激光的光学特性。
2.4实验四：激光的应用2.4.1研究和理解激光的应用领域，包括通信、医疗、材料加工等。
2.4.2学习激光在不同领域中的具体应用案例和方法。
2.4.3进行实验操作，模拟激光在实际应用中的作用和效果。
3.实验设计和步骤3.1实验一：激光器基本原理和构造3.1.1实验目的：研究和理解激光器的基本原理和构造，掌握激光器的调节和控制方法。
3.1.2实验步骤：a.研究激光器的基本原理，了解能级跃迁和受激辐射的过程。
b.学习固体激光器、气体激光器和半导体激光器的构造和工作原理。
c.进行实验操作，调节和控制激光器的输出功率和波长。
3.2实验二：激光的产生与调制3.2.1实验目的：研究和理解激光的产生和调制方法。
3.2.2实验步骤：a.研究激光的产生过程，理解光子的受激辐射和光与物质的相互作用。
《激光原理与技术实验指导书》实验报告广东技术师范学院电子与信息学院目录仪器要求与安全保护 (2)实验一、LD泵浦ND:YVO4固体激光器的基本概念与主要参数测量 (3)实验二、LD泵浦ND:YVO4固体激光器光斑尺寸的测量 (12)实验三、LD泵浦ND:YVO4固体激光器远场发散角的测量 (16)实验四、声光调Q技术实验五、HE－NE激光器谐振腔调节 (28)实验六、HE-NE激光器的模式分析 (31)仪器要求与安全保护1、仪器安装在干燥、无灰尘、通风良好、远离热源和强（电）磁场的地方。
2、工作温度： 10～15o C3、相对湿度：＜70%4、工作电源： 220V±15% 50HZ5、安全防护（1）使用 He-Ne 激光器时，“+”，“-”（正，负）极不要插（接）错（2）激光管的电流不要调的过高，否则容易击穿，烧毁管子。
（最好接厂方给定的最佳电流）（3）激光出光后，眼睛不要直接直射观察激光点，否则容易损坏眼睛。
（4）He-Ne 激光管都是玻璃制品，易碎，小心轻拿轻放。
调节螺钉不要拧的太紧。
6、日常维护（1）外腔（或半内腔）激光管，外部活动的谐振腔，不要弄脏布儒斯特窗面，不要沾上灰尘否则不出光。
（2）激光管不要放在潮湿的地方，长时间不用时，最好隔几天点燃一次（特别是夏天）时间 20～30 分钟。
（3）半导体泵浦激光器实验装置应注意防潮，放置于比较干燥的地方。
在不使用时请将仪器上盖盖好，端盖旋紧，防止灰尘进入仪器。
注意：1激光对人眼睛有伤害，注意眼睛不要直接对着光源。
2激光器的电源电压上千伏，注意小心，不要触摸。
实验一、LD 泵浦Nd:YVO 4固体激光器的基本概念与主要参数测量一、实验目的与要求1、掌握LD 泵浦Nd:YVO4固体激光器的基本概念与激光器的调节2、掌握连续激光器阈值概念及测量方法3、掌握连续激光器斜率效率及测量方法二、实验类型综合型三、实验原理及说明1. 普通光源的发光—受激吸收和自发辐射普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。
激发的过程是一个“受激吸收”过程。
处在高能级（E2）的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。
辐射光子能量为12E E h -=ν这种辐射称为自发辐射。
原子的自发辐射过程完全是一种随机过程，各发光原子的发光过程各自独立，互不关联，即所辐射的光在发射方向上是无规则的射向四面八方，另外未位相、偏振状态也各不相同。
由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。
在通常热平衡条件下，处于高能级E2上的原子数密度N2，远比处于低能级的原子数密度低，这是因为处于能级E 的原子数密度N 的大小时随能级E 的增加而指数减小，即N ∝exp(-E/kT)，这是著名的波耳兹曼分布规律。
于是在上、下两个能级上的原子数密度比为]/)(ex p[/1212kT E E N N --∝式中k 为波耳兹曼常量，T 为绝对温度。
因为E2>E1，所以N2《N1。
例如，已知氢原子基态能量为E1＝－13.6eV ，第一激发态能量为E2=-3.4eV ，在20℃时，kT≈0.025eV，则0)400ex p(/12≈-∝N N可见，在20℃时，全部氢原子几乎都处于基态，要使原子发光，必须外界提供能量使原子到达激发态，所以普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。
一般说来，这种光源所辐射光的能量是不强的，加上向四面八方发射，更使能量分散了。
2.受激辐射和光的放大由量子理论知识知道，一个能级对应电子的一个能量状态。
电子能量由主量子数n(n=1,2,…)决定。
但是实际描写原子中电子运动状态，除能量外，还有轨道角动量L和自旋角动量s，它们都是量子化的，由相应的量子数来描述。
对轨道角动量，波尔曾给出了量子化公式Ln＝nh，但这不严格，因这个式子还是在把电子运动看作轨道运动基础上得到的。
严格的能量量子化以及角动量量子化都应该有量子力学理论来推导。
量子理论告诉我们，电子。
如果选择规则不满足，则跃迁的几率很小，甚至接近零。
在原子中可能存在这样一些能级，一旦电子从高能态向低能态跃迁时只能发生在l（角动量量子数）量子数相差±1的两个状态之间，这就是一种选择规则被激发到这种能级上时，由于不满足跃迁的选择规则，可使它在这种能级上的寿命很长，不易发生自发跃迁到低能级上。
这种能级称为亚稳态能级。
但是，在外加光的诱发和刺激下可以使其迅速跃迁到低能级，并放出光子。
这种过程是被“激”出来的，故称受激辐射。
受激辐射的概念是爱因斯坦于1917年在推导普朗克的黑体辐射公式时，第一个提出来的。
他从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性，这是激光的基础。
受激辐射的过程大致如下：原子开始处于高能级E2，当一个外来光子所带的能量hυ正好为某一对能级之差E2-E1,则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。
这种受激辐射的光子有显著的特点，就是原子可发出与诱发光子全同的光子，不仅频率（能量）相同，而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样。
于是，入射一个光子，就会出射两个完全相同的光子。
这意味着原来光信号被放大，这种在受激过程中产生并被放大的光，就是激光。
3. 粒子数反转一个诱发光子不仅能引起受激辐射，而且它也能引起受激吸收，所以只有当处在高能级地原子数目比处在低能级的还多时，受激辐射跃迁才能超过受激吸收，而占优势。
由此可见，为使光源发射激光，而不是发出普通光的关键是发光原子处在高能级的数目比低能级上的多，这种情况，称为粒子数反转。
但在热平衡条件下，原子几乎都处于最低能级（基态）。
因此，如何从技术上实现粒子数反转则是产生激光的必要条件。
4. LD 泵浦Nd:YVO4固体激光器半导体激光器（LD ）是以半导体材料作为工作介质的。
这种激光器体积小、质量轻、寿命长、结构简单而坚固，特别适于在飞机、车辆、宇宙飞船上用。
在70年代末期，由于光纤通讯和光盘技术的发展大大推动了半导体激光器的发展。
但是这种激光器的光束质量相对较差。
LD 泵浦的固体激光器，其泵浦源为半导体激光二极管，用它给激光增益介质提供能源，可以得到光束质量更好的激光。
这类的激光器具有以下特点4.1. 光谱匹配性好如果采用闪光灯泵浦固体激光器，由于闪光灯的发射光谱和工作物质吸收光谱之匹配不好，将导致器件的泵浦效率很低，比如，氪灯或氙灯的发射光谱都是范围很宽的连续谱，而Nd 3+的吸收光谱是一些有着很强峰值的分立光谱，这将使其发射光谱的很小一部分光能能够被工作物质吸收，其余部分将转变为器件的热能。
而采用激光二极管作为泵浦源可以较好的解决上述问题，因为它的输出谱线很窄，通常为几个纳米。
4.2.体积小，结构简单，装调方便，使用寿命长激光二极管体积小，其供电电源也很小，只有闪光灯电影体积的十分之一，采用激光二极管泵浦，由于热效应与闪光灯泵浦的器件相比很小，因此，可以减小冷却系统，使器件结构简单，装调维修方便，为固体器件的小型化创造了有利的条件；同时，激光二激光二极管的使用寿命长，其典型寿命为105小时，这使得固体激光器系统的寿命和可靠性大大提高了。
LD泵浦Nd:YVO4固体激光器中的LD的波长为808nm，它泵浦Nd:YVO4激光晶体，得到1064nm的激光输出。
5.倍频利用一些非线性材料，可以将某个频率的激光改变成另一种频率。
比如，我们实验中用KTP晶体将1064nm激光变换成532nm的激光，则称为倍频。
我们的实验中，KTP晶体被置于激光谐振腔内，叫内腔倍频。
6.LD泵浦Nd:YVO4固体（倍频）激光器主要参数及实验6.1.泵浦功率(Pin)－输出功率(Pout)特性曲线LD作为固体激光器的泵浦光源，其输出功率作为固体激光器的泵浦功率P in，而固体激光器的输出功率为P out，其曲线为P in－P out曲线。
图2所示。
随泵浦功率增加，激光器首先是渐渐地增加自发辐射，直至超过阈值,发生受激辐射。
最感兴趣的参数是开始发生受激辐射时的泵浦功率值,通常把这个功率值称之为阈值功率，用P th表示。
6.2.阈值功率（Pth）阈值功率是LD泵浦Nd:YVO4固体激光器开始受激辐射时的对应的泵浦功率。
测量阈值功率如下：利用激光器的P in－P out曲线可以找到P th,其作法有三种：第一是双斜法，它是将P in－P out 曲线中两条直线延长线交点所对应的功率作为激光器的阈值功率P th（如图3a所示）；第二种作法是，输出光功率延长线与功率轴的交点作为激光器的P th（如图3b所示），这是一种比较常规的作法；第三种方法是在P in－P out曲线中，将输出功率对泵浦功率求二阶导数，求导数波峰所对应的功率值为P th，这种作法的测量精度较高，如图3c所示。
6.3.Pin－Pout曲线的斜率（％）表示这种能力的直接量值是P th以上的P in－P out曲线的斜率用△P out/△P in。
在P th以上的P in－P out曲线的斜率表示波长为808nm的泵浦功率有多少转换成1064nm固体激光器的输出功率。
这是一种光－光转换效率。
3a 3b 3c图3 P in－P out曲线法求P th四、实验主要仪器设备和材料本实验包含下列设备。
图4为实验光路示意图, 图5为实验结构图。
1、LD2、耦合镜3、全反镜4、Nd:YVO4晶体5、KTP6、输出镜7、功率计图4、实验装置示意图图5 实验装置结构图 五、实验内容和步骤1、 半导体激光器实验装置的调整: (1) 泵浦光源的调整首先将仪器中的其它调整架取下，只留下泵浦光源及调整架固定在仪器导轨上；采用外置He-Ne 激光器进行自准直调整。
见下图然后调节激光器使激光器光斑中心对准泵浦光源中心；将泵浦光源调整架沿着导轨前后移动，观察激光器光斑是否始终在泵浦光源中心，如果不在中心则调节激光器或者调节激光器固定立板，直至激光器光斑始终在泵浦光源中心位置。
（2）汇聚物镜的调整首先将泵浦光电源开关打开，旋转泵浦光源调焦旋钮进行调焦，焦点距离泵浦光源约泵浦光源He-Ne 激光器泵浦光源 汇聚物镜 激光晶体 倍频晶体输出镜准直氦氖激光器30～50mm；将汇聚物镜调整架放到导轨上，距离泵浦光源约为焦点距离泵浦光源的两倍，泵浦光源光斑不应打到物镜的外面。
并He-Ne激光器光点照到物镜后返回的光点应与发出的光点重合。
见下图（3）激光晶体的调节将激光晶体调整架放到导轨上，并调节其位置使泵浦光经汇聚物镜成像点的位置，仔细观察泵浦光汇聚到激光晶体的现象，微调汇聚物镜调节螺钉，直到观察到激光晶体上有最亮的白光为止，此时泵浦光源成像在激光晶体的位置外最佳，固定激光晶体调整架。
