雷射 Laser

光泵浦是原子礦石分子中的電子從較低能階激發（或「泵浦」）到較高能階的過程。
在本實驗中，我們使用二極體雷射和釹 (Nd) 原子作為泵浦光源，這些原子位於釔鋁石榴石 (YAG) 形成的晶格中。
這種材料（縮寫Nd:YAG）是最重要的雷射材料之一。
一開始，Nd:YAG 是由閃光燈泵浦的。後來為了提高效率，使用了二極體雷射，其發射波長幾乎被完全吸收，而閃光燈的光僅有約5%被吸收。

該實驗提供了安裝在帕帖爾元件（制冷晶片）上的二極體雷射。透過改變溫度，可以將二極體雷射的波長調整為 0.25 nm/°C。在 10 - 60°C 的溫度範圍內，涵蓋 12.5 nm 的光譜範圍，可測量 Nd:YAG 晶體的光譜吸收。透過使用知名的 Nd:YAG 吸收峰值，可以確定二極體雷射的發射波長。

此外，可以週期性地打開和關閉二極體雷射的注入電流，就能夠用示波器記錄 Nd:YAG 晶體螢光的時間衰變。測得之壽命的倒數是自發性發射的愛因斯坦係數。
透過可選的光譜儀，可以記錄和列印 Nd:YAG 晶體以及二極體雷射的螢光光譜。

相關主題：
• Optical Pumping
• Nd:YAG Crystal
• Absorption Spectra of Nd:YAG
• Lifetime of Excited States
• Einstein Coefficient
• Spontaneous Emission
• Real Time Fluorescence Spectra

• 光泵浦
• Nd:YAG晶體
• Nd:YAG 的吸收光譜
• 激發態的壽命
• 愛因斯坦係數
• 自發性發射

在1960年，T. Maiman實現了第一台雷射器，即紅寶石雷射器，它開啟了雷射科學和光學技術既巨大又持續的發展。
回顧雷射歷史，Maiman著名的紅寶石雷射器啟動了一項令人著迷的發展，這也導致了此處所使用的強大微型二極體雷射的發明，現在可以用於泵浦紅寶石雷射器，讓它成為了一個緊湊且低成本的雷射設置，非常適合展示和教育目的。

這種實驗性的紅寶石雷射可以透過兩條R線震盪來研究螢光和雷射光譜的觀察。
透過調變泵浦二極體雷射研究了三能階雷射系統的動力學。
看來，使用這個系統，“雷射奧德賽”將找到美滿的結局。

相關主題：
• Theodore Maiman
• Three-level laser
• Blue diode pumping
• Absorption spectra
• Emission spectra
• Excited state lifetime measurement
• Laser threshold
• Laser spiking
• CW and pulsed Ruby laser

• 西奧多·梅曼
• 三能階雷射
• 藍色二極體泵浦
• 吸收光譜
• 發射光譜
• 激發態壽命測量
• 雷射閾值
• 雷射尖峰
• 連續波和脈衝紅寶石雷射器

氦氖（HeNe）雷射儘管簡單，但由於其優越的光束品質和同調性，仍具有許多應用。
在所有物理教科書中，這種雷射代表了氣體雷射的類別，是 Ali Javan 在 Theodore Maiman 展示了紅寶石雷射的首次操作後於1960 年發明的第一台氣體雷射。

由於氦氖雷射可以連續運行且容易在實驗室中製造，它成為了許多科學研究和理論預測的樣本。
它從光學共振器理論、多普勒展寬腔內雷射活性材料、光譜燒孔（Lamb低谷）、單模操作、同調性和腔內吸收（逆Lamb低谷）等方面開始，而以上所列只是其中的一些。
對於技術應用，由於其優越的光束品質和同調性，氦氖雷射仍被用作輔助儀表標準，並且在每架飛機或船上都存在，作為導航的雷射陀螺儀。

此實驗設計為一個開放式結構，所有組件都可以自由排列在穩定的光學導軌上。
討論了模式選擇特性、光學穩定性範圍和所用腔的 ABCD 矩陣形式的驗證。
使用雙折射濾光片以及利特羅棱鏡進行波長選擇，並研究了腔內使用的平行板的效果。
提供光電探測器以測量相對輸出功率及一個用於1公尺長光學導軌的對準雷射器，以及所有必要的支架和調節器。
為了實現模式結構的可視化，可以使用「Fabry Perot」擴展或使用電子頻譜分析儀來測量模式拍頻率。

光學共振器由兩個精密調整支架形成，用於共同的1/2英寸可更換鏡片，其半徑不同。
為了方便調整，一開始就安裝了一個「綠色」導引雷射作為對準輔助工具。
將雷射管安裝到 XY 調節裝置中，用作校準輔助工具。

相關主題：
• HeNe Energy Level Diagram
• ABCD Law & Resonator
• Optical Gain
• Optical Stability Criteria
• Cavity Alignment
• Output Power vs Discharge Current
• Gaussian Beams
• Line & Mode Selection
• Crystal Optics
• Birefringent Filter
• Spectrum Analyser
• Free Spectral Range
• Lamb Dip
• Intra-Cavity Iodine Cell

• 氦氖能階圖
• ABCD 定律與共振器
• 光增益
• 光學穩定標準
• 型腔對準
• 輸出功率vs放電電流
• 高斯光束
• 線路和模式選擇
• 晶體光學
• 雙重折射濾光片
• 頻譜分析儀
• 自由光譜範圍
• Lamb低谷
• 腔內碘池

二極體雷射與大多數的「傳統」雷射有兩個不同之處：

首先，它們不具有固有定義的確定波長。雷射躍遷不是在兩個確定的能級之間發生，而是在兩個能帶之間發生。
其次，與傳統雷射中的共振器不同，雷射二極體的腔體是由二極體的pn接面所定義的。

這些實驗研究了發射出來的雷射波長隨溫度和電流變化的情況。同時，還對雷射發射的發散度和偏振進行了檢查。實驗裝置包括一個現代 30 mW 綠光 (525 nm) 雷射二極體，具有整合式的帕帖爾元件（制冷晶片）、支架與驅動器。配備了聚焦光學元件、透鏡和偏振分析器以及一個光電二極體探測器。
頻譜分析儀可作為選購品。所有的光學支架和定位器都已包含在內。
雷射二極體安裝在一個旋轉台中，該旋轉台可獨立繞著光束傳播軸以及垂直於該軸旋轉，以測量發射雷射光線的空間分佈。

運用偏振器來分析不同注入電流值的偏振。光譜分析儀則會用於測量透過改變溫度和注入電流而引起的波長變化，每°C大約變化0.05 nm。
二極體雷射控制器的溫度範圍可以從10°C至60°C 之間變化，這會導致 2.5 nm 的偏移。溫度和注入電流會由控制器來穩定與顯示。建議使用示波器來抑制干擾的環境光。在這種情況下，一些測量會使用調變二極體雷射進行。

相關主題：
• Green (520 nm) Laser Diode
• Twofold rotational stage
• Spatial intensity distribution
• Beam profile
• Cylindrical lenses
• Beam shaping
• Photodetector

• 綠光 (520 nm) 雷射二極體
• 雙折旋轉台
• 空間強度分佈
• 光束輪廓
• 柱面透鏡
• 光束整形
• 光電探測器

連續操作的二極體雷射可提供從幾毫瓦到幾百瓦的功率。它們也可以在脈衝模式下運行，但脈衝功率略高於連續功率。脈衝二極體雷射只能發射極短時間的脈衝(僅幾納秒)，但峰值功率非常高，可達數千瓦的範圍。當需要像測距儀、光時域反射計 (OTDR) 或光達 (LIDAR) 這類需要像閃光燈的輸出時，這種二極體雷射非常有用。

本實驗配備了一台脈衝二極體雷射，發射波長為905 nm、最大峰值功率為70W、脈衝寬度為100奈秒。峰值功率和脈衝寬度都可以在一定範圍內進行調整。學生們將透過在數位示波器上顯示的即時行為來研究這些參數。光學和電氣放電脈衝均受到監控。
二極體雷射是透過預先加載電容器的放電來運作的。充電電壓和放電時間對發射功率的影響都會被記錄下來並討論。

測量二極體雷射的光學特性，如空間光束分佈，並隨後進行準直，形成幾乎平行的光束。此外，使用偏振分析儀測量二極體雷射發射的偏振。

相關主題：
• Semiconductor laser
• Types of pulsed diode laser
• Laser pulse and Peak Power
• Duty cycle
• Repetition Rate
• Average output power
• Spatial radiation distribution
• Polarization Analysis
• Energy measurement

• 半導體雷射
• 脈衝二極體雷射的類型
• 雷射脈衝和峰值功率
• 佔空比
• 重複頻率
• 平均輸出功率
• 空間輻射分佈
• 偏振分析
• 能量測量

與 Nd:YAG 雷射器結合使用的光泵浦特別令人感興趣，因為它們與 CO2 雷射器一樣，都已被廣泛應用在工業用途中。
在這個Nd:YAG雷射中，透過光泵浦激發的雷射活性材料是由容納在透明YAG主晶體（釔鋁石榴石）中的釹原子所組成。

直到幾年前，Nd:YAG 雷射還總是使用放電燈泡來進行激發，但後來使用雷射二極體進行光泵浦變得越來越重要。這是因為雷射二極體不僅經濟實惠，而且它們以高光功率發射的窄帶光，與 Nd:YAG 晶體的能階相匹配。和放電燈泡相比的優點在於，雷射二極體的發射幾乎能完全被 Nd:YAG 吸收，而放電燈所發射的光譜非常寬，僅有少量被吸收。




圖A. LE-0600 半球形腔二極體泵浦 Nd:YAG 雷射器 (Diode pumped Nd:YAG Laser with hemi-spherical cavity)





圖B. LE-0600 帶有同心腔的二極體泵浦 Nd:YAG 雷射器 (Diode pumped Nd:YAG Laser with concentric cavity)

解釋了四級系統，對 Nd:YAG雷射進行了理論分析，並推導出速率方程模型。提出了穩態解決方案，並考慮了動態情況來研究尖峰。
除了半球形空腔（圖 A.）外，還可以設置同心空腔（圖 B.）。在這種情況下，Nd:YAG 棒僅具有抗反射塗層，並放置在腔體的中心。
該套件包含所有組裝二極體泵浦Nd:YAG 雷射所需的組件- 一個帶驅動器和Peltier 控制器的1 W二極體(LD)、準直(CO) 和聚焦光學元件(FL)、Nd:YAG晶體(ND )、雷射反射鏡(M1)、帶濾光片 (FI) 的光電二極體探測器 (PD) 以及所有必要的安裝座等。

共振器的穩定性標準得到了實驗性的驗證。證明了泵浦波長對二極體溫度和驅動電流的依賴性，並推導出了Nd:YAG 的吸收光譜。透過使用一些附加模組，可以將此基本設置升級為 LE-0700「KTP倍頻」或LE-0800「短脈衝生成」。此外，還有用於 1.3 µm 振盪的組件（包括倍頻至「紅色」或主動或被動 Q 開關）可供選擇。

相關主題：
• Properties of Diode laser
• Optical Pumping
• Rate Equation Model
• Static and dynamic laser behavior
• Output Power
• Optical Resonator
• Resonator Stability Criterion
• Transverse Modes
• Spiking
• Hemi Spherical Resonator
• Spherical Resonator
• Laser Line Tuning

• 二極體雷射的特性
• 光泵浦
• 速率方程模型
• 靜態與動態雷射行為
• 輸出功率
• 光共振器
• 共振器穩定性標準
• 橫向模式
• 尖峰
• 半球形共振器
• 球形共振器
• 雷射線調諧

圖A. LE-0700「綠光」二倍頻產生器，半球形腔體的二極體泵浦Nd:YAG雷射
(LE-0700 "Green" SHG with Diode pumped Nd:YAG Laser with a hemi-spherical cavity)




圖B. LE-0700「綠光」二倍頻產生器，二極體泵浦Nd:YAG雷射，帶有同心腔和雙折射調諧器
(LE-0700 "Green" SHG with Diode pumped Nd:YAG Laser with a concentric cavity with Birefringent tuner)

發射短波長的雷射不僅價格昂貴且對許多應用來說不夠可靠。要產生這種輻射，更經濟實惠的方法是透過頻率倍增來實現。尤其是綠光雷射輻射的生成，對印刷製程行業來說是一個重要需求。
目前，氬離子雷射逐漸被倍頻二極體泵浦Nd:YAG雷射所取代，這種雷射在TEMoo模式下可以提供數十瓦的功率，是泵浦摻鈦藍寶石的首選，鈦藍寶石在研究實驗室中非常重要且經常被使用。
在生物光子學中，綠光輻射被用來當作“光學鑷子”且用來對活細胞進行分析。

在這個實驗中，我們將解釋生成倍頻光的原理，同時深入了解這個實驗中所運用的非線性光學的可能性。對於雷射技術而言，理解非線性光學效應至關重要，因為產生短脈衝的過程也是基於這些非線性效應。
實驗中將介紹並分析相位匹配條件，同時確定倍頻效率，並評估實驗中優化轉換率的建議。這是第一次可以透過實際實驗以引人入勝的方式追蹤倍頻的過程。

基本波是由一個開放腔體結構的二極體雷射(LD)泵浦的Nd:YAG (D) 雷射所產生的。只需將非線性晶體 (FD) 放進腔體中，就會瞬間出現綠光。
此外，Nd:YAG 雷射的模式結構也變得可見，並展示了多變的橫向模式。透過在腔體中引入可調光圈 (IS)，可以控制模式的數量和類型，並將其減少到 TEM00。

當使用「紅光 660 nm」選項時，Nd:YAG雷射在1.3 µm波長運行，透過一個特殊切割的KTP晶體，可成功將其頻率倍增至光譜中的紅光區域。
腔體內的雙折射調諧器（圖 B.）選擇基波的不同譜線，產生出 526 至 539 nm 範圍內的倍頻譜線。

相關主題：
•Interaction of Light and Matter
•Crystal Optics
•Non-linear Optics
•Second Harmonic Generation
•Phase Matching Condition
•Nd:YAG Laser
•KTP Crystal
•High Order Transverse Modes
•BFT Green Line tuning

• 光與物質的相互作用
• 晶體光學
• 非線性光學
• 二倍頻產生器
• 相位匹配條件
• Nd:YAG雷射
• KTP晶體
• 高階橫向模式
• BFT綠光線調諧

使用短脈衝雷射能夠在短時間內產生高峰值功率的脈衝，這對於研究非線性效應和時間相依效應（例如，時間解析光譜學）非常有用。為了實現達吉瓦級範圍的極高峰值功率，採用了具有長壽命激發態的雷射系統，能夠儲存能量並在極短的時間內發射出來。

其中一種這樣的雷射是例如 Nd:YAG 雷射。透過所謂的主動或被動模式的Q切換，可以產生這樣的短脈衝。在這裡，首先討論了 Nd:YAG 雷射的操作理論，並分析了四級速率方程式的穩態和時間相依解。引入了一個二級速率方程模型來解釋光吸收體的飽和行為。採用了用於被動Q切換的飽和吸收器（QS）。確定了脈衝生成的動力學，如重複率、脈衝寬度和峰值功率。

這個實驗包括了雷射二極體泵浦的Nd:YAG 雷射，作為基礎版本，並配有額外的被動Q開關 (Cr:YAG) 晶體。時間相依的訊號可選擇性地使用示波器顯示和評估。除了產生短脈衝外，Nd:YAG 雷射的行為也可以成為其他研究的主題，例如測量閾值、斜率效率等。透過使用可選的普克爾盒 (AQ) 包括高壓驅動器 (QD)，可以執行主動Q 切換並進行探索。

相關主題：
•Nd:Nd:YAG Laser
•Rate Equation Model
•Steady State Solutions
•Time Dependent Solutions
•Spiking
•Q - Switch
•Saturable Absorber
•Pockels Cell
•Laser Pulse Width
•Peak Power
•Repetition Rate

•Nd:YAG雷射
•速率方程模型
•穩態解決方案
•時間相依解決方案
•尖峰
•Q - 開關
•飽和吸收體
•普克爾盒
•雷射脈衝寬度
•峰值功率
•重複率

由於對多媒體應用需求的穩定增加，強大的 RGB（紅綠藍）光源成為工業研究的焦點。在這條發展路線上，鐠(Pr:YLF)雷射再次引起關注，因為這種材料具有在多個有趣的波長上發射直接可見光雷射輻射的潛力。




圖A: Pr:YLF的能階圖，顯示吸收與發射

儘管在過去，鐠這種材料主要是受到科學界的關注，但如今它被視為是 RGB 應用中值得關注的候選材料。近期，由於強大的藍光雷射二極體的問世，現在我們有機會開發更緊湊的Pr:YLF雷射。這種藍光雷射二極體實際上是為了應對強大的RGB數據投影機的需求而開發的。這項實驗性質的雷射二極體泵浦鐠：YLF雷射的目的在於展示其巨大的潛力，以及研究一項可見輻射的四能級雷射系統會產生多麼令人興奮的效果。

藍光雷射二極體的輻射由準直器準直，這是一個高精度的非球面透鏡，具有短的焦距和高數值孔徑。所產生的光束在一個軸上是平行的，呈現出一個近似矩形到橢圓形的強度橫截面。一個聚焦透鏡用於將藍色泵浦雷射輻射聚焦到摻鐠的YLF (Pr:YLF) 晶體中，該晶體在兩側都塗有寬頻反射塗層，即所謂的ARB 塗層。

最低反射的波長範圍涵蓋整個 Pr:YLF 材料的發射範圍，包括 445 nm 的泵浦輻射。光學腔由泵浦側的平面鏡和腔體另一腔的曲面鏡形成。此設置的設計方式使得所有元件都可以存取並可以自由排列在光學導軌上。測量從藍光雷射二極體的表徵化開始，該二極體連接到數位控制器，可以在控制器上設定注入電流和溫度。在下一步中，將測量偏振相關的吸收。
Pr:YLF 晶體安裝在一個座架中，該座架插入到4軸動力學座架中(PR)，讓晶體能夠繞著該軸旋轉。一旦晶體暴露在雷射二極體的藍光輻射中，就會出現明亮的白色螢光。通過選用的光譜分析，可以識別發射線。使用控制器的調製能力，可以測量激發態的壽命，並將其與愛因斯坦自發輻射係數進行關聯。

當Pr:YLF晶體周圍的雷射腔設置完成時，最令人振奮的時刻到來了。由於增益高，很容易獲得雷射振盪，從而在波長640 nm處產生強烈的紅光。為了在紅線以外的其他波長也獲得雷射振盪，可以使用利特羅棱鏡、雙折射調諧器或具有選擇性塗層的鏡子。此外，通過使用BBO晶體對640 nm線進行腔內倍頻，產生了波長 320 nm 的紫外線輻射，這表明了這種雷射系統的巨大潛力。




圖B: 使用在523 nm具有高反射率 (但對其他波長具有低反射率) 的選擇性塗層鏡M1，Pr:YLF雷射在綠色 (523 nm) 線上振盪。M2的曲率半徑為100 mm或150 mm，具有500至750 nm範圍的寬頻塗層。




圖C：使用腔內雙折射調諧器（BFT）振盪的Pr:YLF雷射，此時在紅色（640 nm）線上使用相同的M2鏡，就像圖B一樣。然而，平面鏡 M1 現在也是一個寬頻塗層鏡，在500至 750 nm 的範圍內具有高反射率。




圖D: 具有球形腔體的Pr:YLF雷射，M1現在是曲率半徑 (ROC) 為 100 mm 的曲面鏡，而M2的ROC為150 mm。兩個鏡子的ROC也可以相同，例如都是100或150 mm。




圖E. 具有M1和M2兩個平面鏡的Pr:YLF雷射。腔內透鏡（LI）的焦距為50 mm，其放置位置使雷射光束的波前變得平坦。因此，鏡子M2也是平面的，且腔長可以無限擴展。

相關主題：
•Blue Diode Laser 445 nm
•Laser diode wavelength dependency
•Pr:YLF Absorption spectrum
•Pr:YLF Excitation spectrum
•Lifetime of excited state
•Hemispherical Cavity
•Stability Criterion
•Higher transverse modes
•Extended Cavity
•Littrow prism line tuning
•Birefringent line tuning
•Operating of green line
•Active q-switch
•Pockels cell
•SHG 640 nm → 320 nm UV

•藍色二極體雷射 445 nm
•雷射二極體波長相依性
•Pr:YLF 吸收光譜
•Pr:YLF 激發光譜
•激發態壽命
•半球形腔體
•穩定性標準
•更高橫向模式
•擴展腔體
•利特羅棱鏡線調諧
•雙折射線調諧
•綠光運作
•主動Q開關
•普克爾盒
•二倍頻產生器 640 nm → 320 nm 紫外線

泵浦雷射二極體 (LD) 具有所謂的單模光纖尾，尾端連接光纖連接器，並透過光纖配線電纜 (PC) 直接連接到 EDF光纖。由於菲涅耳反射的關係，光纖內部的光會在每個端面部分反射。

儘管反射率只有4%，但由於高增益，EDF的兩個端面之間仍建立起了雷射振盪。具有短焦距的準直器 (CO) 形成幾乎平行的光束，並使用InGaAs光電偵測器 (PD) 來檢測光纖的發射。干涉濾光片 (IF) 安裝在調節架上，僅允許1.55 µm 輻射通過。由於其擁有約10%的正面反射率，它也可充當外腔鏡，來研究耦合光學腔體的效應。

泵浦雷射二極體連接到一個帶有可調節注入電流和調製的控制器（LD）。這樣可以研究在雷射閾值以下和以上的放大自發輻射 (ASE)。透過使用注入電流的調製，可以在示波器（OS）上顯示和測量激發態的壽命以及令人印象深刻的雷射尖峰。在環形雷射裝置中，泵浦輻射透過分波多工器(WDM) 注入環形結構，該結構由 EDF、4 端口光纖耦合器和光學二極體或僅由光纖配線電纜組成。

光學二極體用來將環形雷射強制執行順時針 (CW) 或逆時針 (CCW) 的運作。將光學二極體換成光纖，環形雷射將在兩個方向上振盪。4端光纖耦合器用於提取順時針和逆時針環形雷射模式約 10% 的內部功率以進行測量。將光學二極體納入環形結構中，只會發生順時針或逆時針振盪。透過使用電子頻譜分析儀，可以測量縱向環形腔模的拍頻，並將其設定為與 2、4 或 8 米長之摻鉺光纖的腔長相關。




圖A: 由雙光子吸收產生的可見綠光發射

相關主題：
•Linear Optical Resonator
•Ring Resonator
•EDF - Erbium Doped Fiber
•WDM Coupler
•Optical Pumping
•Linear Fiber Laser
•Laser Spiking
•Lifetime of Excited State
•Longitudinal Modes
•InGaAs Photodetector
•Mode Beat Frequency

•線性光學腔體
•環形腔體
•EDF - 摻鉺光纖
•分波多工耦合器
•光泵浦
•線性光纖雷射
•雷射尖峰
•激發態壽命
•縱向模式
•InGaAs光電檢測器
•模式拍頻

碘拉曼雷射屬於分子雷射的一類。然而，雷射躍遷始於與泵浦雷射相同的能級，形成所謂的Λ系統。由於這種耦合，會出現各種相干現象。其中一個是拉曼增益，導致不對稱的增益分佈，偏向泵浦雷射的方向。這種效應會導致在環形雷射內的自發和單向傳播，並於1979年首次被 Wellegehausen 等人觀察到並解釋。

到目前為止，已知的實驗都是使用昂貴的泵浦雷射進行的。然而，諸如 DPSSL (二極體泵浦固體雷射) 這類廉價雷射筆的發明，能夠發射 532 nm (LD) 的雷射輻射，非常適合激發碘分子，使得新的實驗變得更加負擔得起，也提供了教育的新機遇。然而，綠光輻射的產生是基於二極體泵浦Nd:VO 4雷射的倍頻。這種雷射的增益頻寬約為1 nm。由於腔體的熱漂移，倍頻輻射的頻率也會在約 0.5 nm的範圍內漂移。

碘分子的吸收寬度遠小於激發雷射的熱漂移。因此，「綠光雷射」的腔體必須透過控制泵浦雷射的溫度（精度為0.01℃）以及注入電流 (0.1mA) 來實現熱穩定。這樣一來，就可以將泵浦雷射調整到與所需轉換的共振相匹配，此共振的表現為由碘激發的強螢光的出現。
LE-1300 碘拉曼雷射的環形雷射腔由四個反射鏡 (M1...M4) 組成，形成所謂的蝴蝶形或折疊腔。這種配置是為了避免任何反射光進入單模泵浦雷射 (LD)。

反射鏡M2和M3是曲面的，而M1和M2是平面的。碘細胞 (IC) 放置在鏡子 M2 和 M3 之間的中央。
泵浦輻射通過反射鏡M1並被鏡子M4反射到曲面鏡M2上。由於 M2 的曲率，泵浦光束被聚焦到碘細胞中。鏡子 M3 使泵浦光束再次平行，並將光束反射到 M1 上，形成閉合環。




圖A：具有腔內雙折射調諧器的碘拉曼雷射。




圖B：具有腔內雙折射調諧器 (BFT)、壓電鏡片位移器 (PZT) 和光電探測器 (PD) 的碘拉曼雷射。


相關主題：
•Molecular Spectroscopy
•Laser pointer like excitation
•Molecular energy level
•Dunham Coefficients
•Franck Condon Principle
•Unidirectional Ring Laser Operation
•Optical stability range
•Raman Gain
•Density Matrix Formalism
•Multi-line Laser
•Single Line Laser

•分子光譜學
•雷射筆式激發
•分子能階
•鄧納姆係數
•弗朗克-康登原理
•單向環形雷射運作
•光學穩定範圍
•拉曼增益
•密度矩陣形式
•多線雷射
•單線雷射
•單模環形雷射器
•超精細結構

LE-1600 藍光二極體泵浦紅寶石雷射被設計為 1級雷射，儘管使用了 4級二極體雷射 (LD) 產生的是 3 級雷射輻射。透過使用防護罩和微處理器控制的安全功能，在任何情況下，雷射都無法進入或離開系統。
對於不同的測量任務，可以將不同的感測器連接到系統，例如普通的白屏幕、光電二極體或帶有不同濾光片 (FB) 插槽的 CCD 相機 (CC)。每個模組都配有一個 EEPROM，其中包含有關於其功能的資訊。模組會通過三個接觸針插入三個插槽 (PL) 中的一個。這三個插槽都會被永久掃描，並提供哪種模組插入哪個插槽的相關資訊。根據這些資訊，微處理器會允許或防止給二極體雷射器供電。

如果在雷射器通電時移除模組，處理器會在幾毫秒內關閉雷射二極體。
雷射二極體 (LD) 的光被聚焦並透過聚焦透鏡 (FL) 進入紅寶石晶體 (RC)。這兩個透鏡都是雷射二極體中不可或缺的部分。光學腔由平面雷射鏡M1和曲面鏡M2形成。這兩面鏡子都安裝在調整支架上，讓學生可以調整腔體。

鏡子M1是一個平面鏡，對泵浦光 (405nm) 具有高穿透率，對紅寶石雷射波長(694nm) 具有高反射率。鏡子M2的曲率半徑為50mm，對紅寶石雷射波長的透射率為1%，對泵浦輻射具有高反射率。將旋鈕CL轉動5mm，可平移反射鏡M2的調節支架。平移範圍對應著腔體長度從 47 毫米至 52 毫米。

◆ 操作示範影片




圖 A 顯示了 CCD 相機模組 CC 的設置，該模組使用 12 MP 晶片，與樹莓派相機中使用的一樣。
該晶片透過扁平帶狀的電纜連接到附有標準 7 吋顯示器 (MO) 的樹莓派PI。在相機前面插入一個濾波盒，其中可以插入中性密度濾光片，以將紅寶石雷射光的強度降低到適合 CCD 晶片的低水平。
使用這種簡單經濟的光束分析儀，可以顯示和記錄不同的橫向模式。該相機也是紅寶石雷射初始對準的有用設備。相機觀察到來自鏡子 M1 和 M2 的螢光點並顯示在監視器 (MO) 上。透過將兩個鏡子對齊使兩個光斑彼此居中，紅寶石雷射開始發射。




圖B: Ruby Laser RL4000帶有白螢幕（SC）的基本版，即使沒有相機模組，在使用白色螢幕（SC）時也可以進行初始對準。
在稍微昏暗的房間中，可以在螢幕上看到螢光斑點。將兩個斑點同心對齊也能啟動雷射。此外，雷射模式可以在螢幕上顯示，並可以用手機相機拍攝照片。





C. 紅寶石雷射 RL4000搭配附加的光電探測器 P1 和 P2。
光電探測器P1用於檢測紅寶石晶體的螢光。除了光電探測器之外，還可以放置光纖轉接器以使用光纖耦合的光譜儀來拍攝螢光光譜。
光電探測器 P2 用於分析紅寶石雷射輻射。可以觀察到時間變化和穩定的訊號。
兩個探測器均可透過整合控制器 (DP) 的 BNC (FB) 輸入進行連接。透過軟體選單和控制面板的控制旋鈕 (SK)，可以選擇靈敏度和增益。(FB) 的輸出可以連接到示波器或數位電壓表。

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