Стаж по физика за напреднали студенти
Практически курс по физика за напреднали студенти Експеримент 30 Нелинейна оптика, проведена на: 8 януари 2009 г. 1. Подаване на протокола: 15 януари 2009 г. 2. Подаване на протокола: 22 януари 2009 г. Ръководител: Anke Leitner Group 732 Kathrin Alpert kathrin.alpert@uni- ulm.de Sascha Hankele [email protected] Подпис Подпис
Съдържание 1 Теоретични основи 3 1.1 Лазерът. 3 1.1.1 Общи положения. 3 1.1.2 Структура на лазера. 3 1.1.3 Индуцирани и спонтанни преходи. 4 1.1.4 Генериране на инверсия на популацията на примера на три- и четиристепенния лазер. 5 1.1.5 Модел за уравнение на скоростта за Nd-YAG лазер. 7 1.1.6 Временно зависимо решение на уравнението на скоростта. 8 1.1.7 Временно зависимо решение на уравнението на скоростта. 10 1.2 Оптични резонатори. 11 1.2.1 Типове. 11 1.2.2 Резонаторни режими. 12 1.2.3 Стабилност на резонатора. 12 1.2.4 Загуби. 13 1.2.5 Напречни режими. 14 1.3 Полупроводникови лазери. 15 1.3.1 Структура и функция. 15 1.3.2 Свойства на полупроводников лазер. 16 1.4 Nd-YAG лазер. 17 1.4.1 Определение. 17 1.4.2 Флуоресцентен спектър и спектър на абсорбция. 18 1.5 Нелинейна оптика. 19 1.5.1 Нелинейна поляризуемост. 19 1.5.2 Ефекти от втори ред. 20 1.5.3 Наситен абсорбатор. 22 2 Настройка на експеримента 23 2.1 Описание на експерименталната система. 23 2.2 Експериментални настройки. 27 2.2.1 Пускане в експлоатация на диодния лазер. 27 2.2.2 Определяне на характеристичната крива на диодния лазер. 27 2.2.3 Поставяне на YAG стик. 28 2.2.4 Измерване на живота на флуоресценцията. 28 2.2.5 Структура на Nd-YAG лазера. 28 2.2.6 Удвояване на честотата. 29 1
СЪДЪРЖАНИЕ 2 3 Оценка на експеримента 30 3.1 Измерване на полупроводниковия диод. 30 3.1.1 Измерване на мощността и измерване на лазерния праг. 30 3.1.2 Определяне на коефициентите на регресия. 32 3.1.3 Измерване на дължината на вълната над лазерния праг. 33 3.1.4 Работна линия за дължината на вълната. 35 3.1.5 Измерване на живота на флуоресценцията. 35 3.2 Nd-YAG лазер. 36 3.2.1 Измерване на мощността с постоянна входна мощност. 37 3.2.2 Измерване на мощността с постоянна дължина на вълната на входа. 38 3.3 Удвояване на честотата. 38 3.3.1 Измерване на дължината на вълната на удвоения с честота лъч. 38 3.3.2 Измерване на мощността с честотен удвояващ кристал. 39 4 Заключителна дискусия 40 A Данни за измерване 41
Глава 1 Теоретични основи 1.1 1.1.1 Общи положения на лазера Съкращението LASER означава Усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация. Лазерите произвеждат интензивна, едноцветна, кохерентна светлина, което ги прави незаменими в редица области. Те се използват в много области като развлекателна електроника, оптична комуникация, спектроскопия, медицински технологии и много други. До изобретяването на лазера беше голям проблем да се генерира кохерентна светлина. Т. Х. Майман успява да реализира лазер с видима светлина за първи път през 1960 г. Това е рубинен лазер, който се изпомпва със светкавица. 1.1.2 Структура на лазера Фигура 1.1: Структура на лазера 3
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧНИ ПРИНЦИПИ 22 1.5.3 Насищаем абсорбер Наситеният абсорбер е пасивен оптичен превключващ инструмент и се използва за Q-превключване в лазерни резонатори. Състои се от материал с коефициент на поглъщане, който зависи от интензивността на падащата светлина. За целта напр. разтвор на багрило или полупроводниково устройство. Как работи: С увеличаване на инверсията на популацията в активната среда, броят на фотоните също се увеличава. Ако се достигне определен праг, абсорбиращият материал става пропусклив за лазерното лъчение и лазерът започва да трепти. След като инверсията е била елиминирана до голяма степен, абсорбцията отново се увеличава след времето за релаксация. След това качеството на резонатора пада обратно под лазерния праг. При максимална инверсия трябва да се постигне възможно най-добрата интензивност на насищане. Това може да се постигне чрез концентрация на разтвора на багрилото. Резултатът са кратки лазерни импулси с висока мощност.