课程设计报告
课程名称：课程设计设计题目：院 系：物理系班 级：姓 名：黄国辉学 号：指导老师：李润华老师完成时间：
Nd:YAG固体激光器谐振腔
09光信息科学与技术2班 200930461371 2012-05-05
设计要求
工作物质物理 固体工作物质基础 性质分析
详述Nd3+:YAG晶体
理论依据
泵浦源
设计方案
课程设计 模块 聚光腔 基础理论
方案设计
谐振腔 基础理论 方案设计
方案评估
电光调Q
冷却系统
总体设计
总结
附录
11设计要求
对于给定一个长15cm, 直径6mm的Nd:YAG棒(折射率 n=1.82)和长3cm, 通光口径为8mm的KD*P电光调Q晶体(n=1.51),设计一个完整的紧凑型谐振腔, 要求画出结构图, 给出谐振腔镜R1和R2的尺寸和总的腔长L,计算出光腰的位置,光斑尺寸大小和发散角,以及两个腔镜上的光斑尺寸. (忽略热透镜效应) 要求：
? 腔长尽量短
? 要给各元件留一定的安放空间 ? 考察谐振腔的稳定性
? 考察谐振腔的抗扰动的能力
? 考察腔模的光学特征（比如发散角、束腰的半径等参数，并最佳化） ? 最好能用图表来说明问题。评分就是根据这些参数来看设计的优劣。 ? 注意波长为1.064微米.
2工作物质物理性质分析
2.1固体工作物质基础
? 综述
固体激光工作物质由激活离子和基质组成，激活离子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性。基质主要决定了工作物质的物理特性，化学特性。 ? 激活离子
激活离子是发光中心，离子的电子阻态中，未被填满壳层的电子处于不同轨道和自旋运动状态，形成一系列能级。目前可用作激活离子的元素共有19种，可分为四类： （1）过渡族金属离子
3+3+3+
如Cr,Ni,Co （2）三价稀土金属离子
3+3+3+
如Nd,Pr,Sm （3）二阶稀土金属离子
2+2+3+
如Sn,Dy,Tm （4）锕系离子
多为人工放射元素，不易制备
? 基质材料
工作物质的基质材料应能为激活离子提供合适的配位场，并具有优良的机械热性能及高光学质量，常用的基质材料分为晶体和玻璃两大类
2.2详述Nd:YAG晶体
? 物理与化学特性 分子量 593.7 硬度/莫氏 8-8.5 熔点/C 1950 o3+
密度/(g/cm) 4.55 3折射率/(lum室温) 1.82 表1：YAG的基本理化特性
温度/k 100 200 500
热导率/ 比热/ 热扩散系数-1-1-1-12-1(W.cm.k) (4.18J.g.k) /(cm.s) 0.58 0.21 0.13 81.1 270.5 371.2 0.92 0.1 0.046 热膨胀系数-6-1/(10.k) 4.25 5.8 7.5 dn/dt 7.3*10 -6表2：YAG的温度特性 ? 激光特性
由图中能得出两个结论： 1 Nd3+:YAG为4能级系统 2 4F3/2为亚稳态能级 1.064um的能级跃迁
图1：Nd3+:YAG的能级结构
3+
室温下Nd:YAG有三条荧光谱线，中心波长和对应的能级跃迁分支比为：
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~0.94um (F3/2 I9/2)25%
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~1.06um (F3/2 I11/2)60%
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~1.35um (F3/2 I13/2)14%
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其中最强的是1.06um的荧光谱线。F3/2向I9/2跃迁属三能级系统，阀值高，只能在低
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温下才能实现激光震荡。I11/2和I13/2跃迁为四能级系统，阀值低，易实现激光震荡。由于1.06um谱线的荧光强度比1.35um的荧光强度强约为4赔，1.06um谱线首先起振，从而抑制了1.35um谱线。所以Nd3+:YAG激光器通常只产生1.06um的激光震荡。采用选频技术可以输出1.35um。