固体激光原理与技术综合实验.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑固体激光原理与技术综合实验 固体激光原理与技术综合测验 半导体泵浦固体激光器（Diode-Pumped solid-state Laser，DPL），是以激光二极管 （LD）代替闪光灯泵浦固体激光介质的固体激光器，具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点，在光通信、激光雷达、激光医学、激光加工等方面有巨大应用前景，是未来固体激光器的进展方向本测验的目的是了解并掌管半导体泵浦固体激光器的工作原理、构成和调试技术，以及调Q、倍频等激光技术的原理和应用 测验一 半导体泵浦光源特性测量测验 【测验目的】 1．掌管半导体泵浦激光器的原理 2．掌管半导体泵浦激光器的使用方法 【测验仪器】 半导体泵浦激光器、激光功率计、机械调整部件 【测验原理】 上世纪80年头起，生长半导体激光器（LD）技术得到了蓬勃进展，使得LD的功率和效率有了极大的提高，也极大地促进了DPSL技术的进展与闪光灯泵浦的固体激光器相比，DPSL的效率大大提高，体积大大减小在使用中，由于泵浦源LD的光束发散角较大，为使其聚焦在增益介质上，务必对泵浦光束举行光束变换（耦合）。

泵浦耦合方式主要有端面泵浦和侧面泵浦两种，其中端面泵浦方式适用于中小功率固体激光器，具有体积小、布局简朴、空间模式匹配好等优点侧面泵浦方式主要应用于大功率激光器本测验采用端面泵浦方式端面泵浦耦合通常有直接耦合和间接耦合两种方式，如下：（图1） 直接耦合：将半导体激光器的发光面紧贴增益介质，使泵浦光束在尚未发散开之前便被增益介质吸收，泵浦源和增益介质之间无光学系统，这种耦合方式称为直接耦合方式直接耦合方式布局紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且轻易对LD造成损伤 间接耦合：指先将半导体激光器输出的光束举行准直、整形，再举行端面泵浦 本测验采用间接耦合方式，间接耦合常见的方法有三种，如下： a 组合透镜系统耦合：用球面透镜组合或者柱面透镜组合举行耦合 b 自聚焦透镜耦合：由自聚焦透镜取代组合透镜举行耦合，优点是布局简朴，准直光斑的大小取决于自聚焦透镜的数值孔径 c 光纤耦合：指用带尾纤输出的LD举行泵浦耦合，优点是布局生动 本测验先用光纤柱透镜对半导体激光器举行快轴准直，压缩发散角，然后采用组合透镜对泵浦光束举行整形变换，各透镜外观均镀对泵浦光的增透膜，耦合效率高。

本测验的压缩和耦合如（图 2）所示 LD激光晶体1.LD组合透镜2. 激光晶体LD自聚焦透镜激光晶体3. LD光纤4. 激光晶体 4.光纤耦合 图 1 半导体激光泵浦固体激光器的常用耦合方式 1.直接耦合 2.组合透镜耦合 3.自聚焦透镜耦合 快轴准直光纤微透镜电源TEC和LD散热片耦合系统Nd:YAG 图 2 本测验LD光束快轴压缩耦合泵浦简图 【仪器调理步骤】 1、808nm半导体泵浦光源的I-P曲线测量 图3 半导体泵浦光源I-P测试的光路实物图 照实物照片（图3），将808nm半导体泵浦光源固定于谐振腔光路导轨座的右端，将功率计探头放臵于其前端出光口处并靠近，调理其工作电流从零到最大， 依次记录对应的电源电流示数I和功率计读取的功率读数P，填入下表，并且做出I-P曲线，研究阈值关系 泵浦电流（ A ） 泵浦功率（W） 【数据处理】 做出半导体泵浦激光器的I-P曲线并分析 泵浦电流（ A ） 泵浦功率（W） 【问题议论】 1、 查看半导体泵浦激光器的布局，加深了解其原理 【留神事项】 1、功率计使用前先调零；测试完成后将半导体泵浦光源的电流调回至最小。

2、制止用手直接触碰泵浦激光器的出光头，以免静电打坏激光器 测验二 固体激光谐振腔布局调整和模式查看 【测验目的】 1、加深理解固体激光器的原理 2、掌管固体激光器谐振腔的调整方法 【测验仪器】 半导体泵浦激光器、指示激光器、激光晶体、激光输出腔镜、激光功率计、机械调整部件 【测验原理】 2、激光晶体 图 3 Nd:YAG晶体中Nd吸收光谱图 3+ 激光晶体是影响DPL激光器性能的重要器件为了获得高效率的激光输出，在确定运转方式下选择适合的激光晶体是分外重要的目前已经有上百种晶体作为增益介质实现了连续波和脉冲激光运转，以钕离子（Nd3+）作为激活粒子的钕激光器是使用最广泛的激光器其中，以Nd3+离子片面取代Y3Al5O12晶体中Y3+离子的掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG），由于具有量子效率高、受激辐射截面大、光学质量好、热导率高、轻易生长等的优点，成为目前应用最广泛的LD泵浦的梦想激光晶体之一Nd:YAG晶体的吸收光谱如（图 3）所示 从Nd:YAG的吸收光谱图我们可以看出，Nd:YAG在807.5nm处有一强吸收峰。

我们假设选择波长与之匹配的LD作为泵浦源，就可获得高的输出功率和泵浦效率，这时我们称实现了光谱匹配但是，LD的输出激光波长受温度的影响，温度变化时，输出激光波长会产生漂移，输出功率也会发生变化因此，为了获得稳定的波长，需采用具备精确控温的LD电源，并把LD的温度设置好，使LD工作时的波长与Nd:YAG的吸收峰匹配 另外，在实际的激光器设计中，除了吸收波长和出射波长外，选择激光晶体时还需要考虑掺杂浓度、上能级寿命、热导率、放射截面、吸收截面、吸收带宽等多种因素 3、端面泵浦固体激光器的模式匹配技术 （图 4）是典型的平凹腔型布局图激光晶体的一面镀泵浦光增透和输出激光全反膜，并作为输入镜，镀输出激光确定透过率的凹面镜作为输出镜这种平凹腔轻易形成稳定的输出模，同时具有高的光光转换效率，但在设计时务必考虑到模式匹配问题 w0泵浦光激光晶体fLR激光输出输出镜 图 4 端面泵浦的激光谐振腔形式 如（图 4）所示，那么平凹腔中的g参数表示为： g1?1?LL?1, g2?1? R1R2根据腔的稳定性条件，0?g1g2?1时腔为稳定腔故当L?R2时腔稳定 同时轻易算出其束腰位置在晶体的输入平面上，该处的光斑尺寸为： 12w0??L(R2?L)??? 本测验中，R1为平面，R2=200mm，L=80mm。

由此可以算出w0大小 所以，泵浦光在激光晶体输入面上的光斑半径理应?w0，这样可使泵浦光与基模振荡模式匹配，在轻易获得基模输出测验中配了透过率3%和8%（@1064nm）两种前腔镜 【仪器调理步骤】 2、1064nm固体激光谐振腔设计调整 图6 指示激光器调理光路实物图 1）照实物照片（图6），将808nm半导体泵浦光源固定于谐振腔光路导轨座的右端，650nm指示激光器及调理架固定于导轨最左侧，调理二维平移旋钮，使650nm指示激光束居中，调理二维俯仰旋钮，使650nm指示激光束照射到右端泵浦光源的中心 — 6 —。