固体激光器光路设计-激光原理课程设计报告

WORD文档下载可编专业班级专业班级 级光信 至 课题工课题工作时间： 技术资料专业分WORDWORD资料可编一、课程设计的任务和要中间；腔镜为平面反射镜，透射率为15%。、侧泵激光器腔长480mm，输出镜曲率半径为5m，聚焦透镜离输出镜520mm，（用Q数方法计算，写出Matlab序专业整理分WORDWORD资料可编专专业整理分

R2

二、进度安1、2014.6.4- 选2、2014.6.4- 分析资料、提出设计方3、2014.6.10- 讨论、修改方案，写出初4、 定稿交三、参考资料或参考文《激光原理》第五版，周炳《激光器设计基础赫光生、雷仕《激光器件与设计吕百《固体激光工程孙《激光光学—激光束的传输变换和光束质量控制吕百、solidwork产品设计范例，清华大学出版、Matlab程序设计与应用，高等教育出版指导教师签字 年6月4教研室主任签字 年6月4四、课程设计摘要（中文摘要：激光是二十世纪最重大、最实用的发明之一，它在短短几十年内就推广应用到现代工业、农业、医学、通信、国防和科学技术的各个方面。激光是光的受激辐射，因而它与自发辐射的普通光源不同，具有极好的方向性、极高的光亮度和相干性。自在20世纪80世纪80年代出现的半导体激光器以及在此基础上出现的全固化固体激光器更因为体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好和寿命长等优点，逐渐成为光电行业中最具发展前途的领域。本次设计简述了半导体泵浦的激光器原理和应Solidworks使用Matlab软件计算出了经聚焦以后的光斑半径与位置。关键词：固体激光器五、课程设计摘要（英文Abstract：LaserisoneofthemostsignificantandmostusefulinventionintwentiethCentury.it isappliedtoeveryaspectofmodernindustry,agriculture,medicine,communication,nationaldefenseandscienceandtechnologyinjustafewdecades.Laserlightamplificationbystimulatedemissionofradiation,soitandthespontaneousradiationofcommonlightsourcesofdifferent,directional,highhasexcellentbrightnessandcoherence.Sincethefirstrubylaser,solidstatelaserhasbeendominatedthedevelopmentofthelaser,especiallythefullsolidifiedsolidlaserappearedintwentiethCenturyeightiethCentury80yearsofsemiconductorlasersandonthebasisofthemorebecausetheadvantagesofsmallsize,lightweight,highefficiency,stableperformance,goodreliabilityandlongservicelife,photoelectricindustryhasgraduallybecomethemostpromisingfield.Thisdesignintroducestheprincipleandapplicationoflaserdiodepumped,referencelaboratoryprototype,usingSolidworkssoftwaretodrawadesignlaser;accordingtothebasicparametersofthedesign,useMatlabsoftwaretocalculatetheradiusandpositionfocusfuture.Keywords：solid-statelasers;Solidworks;六、指导教师评评价内 权 得调查论 能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力实践能 独立设计、计算、绘图的能力（课程设计能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究的能力（学年论文分析解决问工作量、工

能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题（课程设计或能对课题进行理论分析得出有价值的结（学年论文按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实质 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨外语和计算

在课程设计或学年论文中，能够体现外语和计算机的应用能力创 工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解 综合评指导教师签字612日七、答辩记记录人（签字 613答辩意见及答辩成答辩小组教师（签字 613课程设计总评成绩（指导教师评分×80%+答辩成绩目前 第一章半导体泵浦激光器原理和应 激光原 半导体泵浦激光器的应 第二章激光器的设计过 半导体泵浦激光器设计方 激光器的设计 计算聚焦后激光光斑直 聚焦透镜焦距与光斑半径的关 第三章总 参考文 前191年爱因斯坦提出受激辐射理论，1958年12月肖洛和汤斯发明激光原理，1960年7月梅曼制成世界第一台红宝石激光器。激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点，应用领域十分广泛。半导体泵浦532nm绿光激光器具有波长短、光子能量高、在水中传输距离远和人眼敏感等优自第一台红宝石激光器问世，固体激光器就一直占据了激光器发展的主导地位，特别是在2020世纪80世纪80年代出现的半导体激光器以及在此基础上出现的全固化固体激光器更因为体积小、重量轻、效等优点，逐渐成为光电行业中最具发展前途的领已有5001998已有500但从1998Nd:YAG中的Nd:YAG激光器的市场占有率和销售额已升为第一位。传统的固体YAG传统的固体YAG聚光腔、光学谐振腔、电源及制冷系统组成，其转换效率为23电源及制冷系统组成，其转换效率为2%到3%。另一方面整个激光器需要庞大的制冷系统，体积很大。泵浦灯的寿命约为300积很大。泵浦灯的寿命约为300到1000小时，操作人员需花很多时间频繁的换灯，中断系统工作，使自动化生产线的效率大大降低，工作，使自动化生产线的效率大大降低，间接提高了生产成本。因此技术上没有大的发展空这是固体激光器的发展方向。半导体泵浦激光半导体泵浦激光器原理和应

第一个能量为hv21的光子接近，则它吸收这个光子，处于激发态EE1-E图1-1光与物质作用的吸收过图1-2光与物质作用的受激辐射过泵浦过程使粒子从基态E1抽运到激发态EE3稳态E2E2是一个寿命较长的能级，这样处于EE1由于抽运过程而减少，从而实现E2与E1图1-3三能级系统示意激光产生必须有能提供光学正反馈的谐振腔。处于激发态的粒子由于不稳定性而自发辐射到基态自发辐射产生的光子各个方向都有偏离轴向的光子很快逸出腔外只有沿轴向的光子部分通过输出镜输出部分被反射回工作物质在两个反射镜间往返多次被放大形成受激辐射的光放大即产生激光。主要是材料加工，如激光标记、激光焊接、激光切割和打孔等，结构紧凑、性能良好、光、激光核聚变、科学研究、医疗、检测、分析、通讯、投影显示以及军事国防等领域，具有极其重要的应用价值。第二章激光器的设计过solidworkssolidworks软件画出激光器的设1Q284据设计参数利用MATLAB计算出聚焦以后的激光光斑束腰半径激光器的激光器的设计图效果图如图2-1，谐振腔两端的反射镜为R1=∞的平面镜和R2=5m的透镜，其中R1为全反镜，R2为透射率为15%的镜片，两镜间距为48CM。泵浦源位于两平面镜中心处，激光晶体是Nd:YAG产生高增益、低阂值的激光作用。泵浦灯是LD，三列LD阵列互成1200角环绕在激光晶体周围。Q开关位于泵浦源和全反镜连线的中心图2-1激光器的设计图效果 图2-2激光器结构正视2-3激光器结构左视图与尺寸标注：图2-3从左到右依次为红外光源、腔镜1、Q开关、泵浦系统、腔镜2、8倍扩束镜、45°反射镜图2-4激光器的结构简如图所示，R1R2构成激光谐振腔，波长为1064nm，激光从R2端输出，经焦距为F的透镜聚焦。其中R1=∞；R2=5.0m；L12=0.48m；L=1.00m；F=0.045m。利Q数法计由公式2-1中的计算可知共焦参数[(L L)+-212可看出本次设计的激光器谐振腔是平凹腔上式可简化为f R´(R- MM1= = 1传播距离变换矩阵ê01M 2，平面反射镜变换矩阵 =传输矩阵êL-11úû。总传输矩阵为

éABù=

ê-

F1úê01

ê01 û û 通过聚焦后的q数参考公式2-2算

pp

F-

（2-聚焦后光斑束腰半径由公式2-3算

（2-利用Matlab计算出聚焦后的光斑束腰与位置，程序如下运行结果如下对结果进行整理，通过聚焦后的q参数3+3+ 3

00聚焦后光斑束腰半径w1.81´10-5m聚焦后光斑直径D2w3.62´10-5m与透镜F的距离s0.0456m。00聚焦透镜焦距与光斑半径的为了进一步探索光斑半径与聚焦透镜半径的关系通过改变聚焦透镜的焦距F来察光斑半径w大小变化。使用

软件来描绘两者的曲线关系图2-5透镜焦距与光斑半径的关系由图可看出，随着聚焦透镜的焦距F增大，光斑半径w线性增大，即在一定范围内二者成正比关系。所以，为了增大激光器的输出功率，可以适当的增大透镜的焦距第三章总XQ这次课程设计利用了两个很重要的软件——solidworksMatlab。Solidworks件功能强大易学易用，SolidWo