半導體泵浦固體激光器綜合試驗試驗報告

1、佛山科學技術(shù)學院 實驗報告 課程名稱光電信息與技術(shù)實驗實驗項目半導體泵浦固體激光器綜合實驗 專業(yè)班級姓名學號 指導教師成績?nèi)掌?016年4月11日 一、實驗目的 1 .掌握半導體泵浦固體激光器的工作原理和調(diào)試方法； 2 .了解固體激光器倍頻的基本原理； 二、實驗儀器 半導體泵浦固體激光器 三、實驗原理 1 .半導體激光泵浦固體激光器工作原理：直接耦合、間接耦合、光纖耦合。 2 .激光晶體：選擇合適的激光晶體，在一定的運轉(zhuǎn)方式下，獲得高效率的激光輸出。 3 .端面泵浦固體激光器的模式匹配技術(shù)： 激光晶體的一面鍍泵浦光增透和輸出激光全反膜，并作為輸入鏡，鍍輸出激光一定透過率的凹 面鏡作為輸出鏡。這

2、種平凹腔容易形成穩(wěn)定的輸出模，同時具有高的光光轉(zhuǎn)換效率。 4 .半導體激光泵浦固體激光器的倍頻技術(shù)： 光波電磁場與非磁性透明電介質(zhì)相互作用時，光波電場會出現(xiàn)極化現(xiàn)象。當強光激光產(chǎn)生后，由此產(chǎn)生的介質(zhì)極化已不再是與場強呈線性關(guān)系，而是明顯的表現(xiàn)出二次及更高次的非線性效應(yīng)。四、實驗內(nèi)容及步驟 1.LD安裝及系統(tǒng)準直 (1)將LD電源接通。通過上轉(zhuǎn)換片觀察LD出射光近場和遠場的光斑。測量LD經(jīng)快軸壓縮后的 閾值電流和輸出特性曲線。 (2)將耦合系統(tǒng)、激光晶體、輸出鏡、Q開關(guān)、準直器等各元器件安裝在調(diào)整架和滑塊上； (3)將準直器安裝在導軌上，利用直尺將其調(diào)整成光束水平出射，中心高度50mm,水平并且

3、水 平入射在激光晶體中心位置； (4)通過調(diào)整架旋鈕微調(diào)耦合系統(tǒng)的傾斜和俯仰，使晶體反射光位于準直器中心，并且準直光通 過晶體后仍垂直進入LD; (5)通過調(diào)整架旋鈕微調(diào)Nd:YAG晶體的傾斜和俯仰，重復上一步的調(diào)節(jié)步驟。 (6)在準直器前安裝T1輸出鏡，調(diào)整旋鈕使輸出鏡的反射光點位于準直器中心。 2.半導體泵浦固體激光器實驗 弋20mm弋15mm弋80mm (1)在準直器前安裝T1輸出鏡，調(diào)整旋鈕使輸出鏡的反射光點位于準直器中心。根據(jù)實驗裝置 圖設(shè)置其與晶體之間的距離。打開LD電源，緩慢調(diào)節(jié)工彳電流到1.3A。微調(diào)輸出鏡傾斜和俯仰使 系統(tǒng)出光，然后微調(diào)激光晶體、耦合系統(tǒng)，使激光輸出得到最大值

4、； (2)將LD電流調(diào)到最小，然后從小到大漸漸增大LD電流，從激光閾值電流開始，每格0.2A測量一組固體激光器系統(tǒng)輸出功率。結(jié)合LD的功率-電流關(guān)系，在實驗報告上繪出激光輸出功率-泵浦功率曲線； (3)更換為T2輸出耦合鏡，重復3.b、3.c的步驟，測試不同LD電流下的激光輸出功率； (4)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和曲線，計算兩種耦合輸出下的激光斜效率和光光轉(zhuǎn)換效率，并作簡要分析。 3.半導體泵浦固體激光器調(diào)Q實驗 (1)安裝Cr4+:YAG晶體，在準直器前準直后放入諧振腔內(nèi)。LD電流調(diào)到1.7A,觀察輸出的平 均功率，微調(diào)調(diào)整架，使激光輸出平均功率最大； (2)降低LD電流到零。然后從小到大緩慢增加，測

5、量1.7A、2.0A、2.3A時輸出脈沖的平均功率； (3)安裝探測器，取三個不同的LD工作電流(1.7A、2.0A、2.3A),分別測量輸出脈沖的脈寬、 重頻； (4)計算不同功率下的峰值功率，對不同功率下的輸出脈沖進行對比，并作簡要分析。 (1)將輸出鏡換為短波通輸出鏡，微調(diào)調(diào)整架使其反射光點在準直器中心。打開LD電源，取工 作電流1.7A,微調(diào)輸出鏡、激光晶體、耦合系統(tǒng)的旋鈕，使輸出激光功率最大； (2)安裝KTP晶體(或LBO),在準直器前準直后放入諧振腔內(nèi)，倍頻晶體盡量靠近激光晶體。 調(diào)節(jié)調(diào)整架，使得輸出綠光功率最亮；然后旋轉(zhuǎn)KTP晶體(或LBO),觀察旋轉(zhuǎn)過程中綠光輸出 有何變化；

6、 五、實驗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理 電流(mA) 泵浦功率(mW) 激光功率(mW) 0 0.03 -0.08 0.2 0.1 -0.08 0.4 0.56 -0.08 0.6 105 0.73 0.8 232 1.71 1.0 353 3.40 1.2 469 8.10 1.4 585 22.2 1.6 702 36.7 1.8 811 51.2 2.0 920 68.2 丁1=泵浦功率/電流=460 2.電流一一激光輸出功率 激光功率(mW) 激光一一泵浦功率 1000 泵浦功率(EW)數(shù)光功率(mW) TK、實驗結(jié)果 實驗數(shù)據(jù)及其分析見上圖，在無任何透鏡的情況下，泵浦的輸出功率與電流成正比關(guān)系。在

7、電 流達到0.4mA時，泵浦被激發(fā)，功率成線性增長。在加裝了透鏡組成激光發(fā)射儀后，功率發(fā)生了 明顯的下降，而且不再呈現(xiàn)線性變化。 七、分析討論 1.半導體激光器(LD)對環(huán)境有較高要求，因此本實驗系統(tǒng)需放置于潔凈實驗室內(nèi)。實驗完成后, 3.泵浦一一激光功率 0.20.40.6OS1L21.41.61.95 應(yīng)及時蓋上儀器罩，以免LD沾染灰塵。 2 .LD對靜電非常敏感。所以嚴禁隨意拆裝LD和用手直接觸摸LD外殼。如果確實需要拆裝，請 帶上靜電環(huán)操作，并將拆下的LD兩個電極立即短接。 3 .不要自彳T拆裝LD電源。電源如果出現(xiàn)問題，請與產(chǎn)家聯(lián)系。同時，LD電源的控制溫度已經(jīng)設(shè) 定，對應(yīng)于LD的最

8、佳泵浦波長，請不要自行更改。 4 .LD、耦合系統(tǒng)、激光晶體，兩兩滑塊之間距離大約為32mm、8mm,經(jīng)調(diào)整好以后最好不要隨 意變動，以免影響實驗使用。 5 .準直好光路后需用遮擋物（如功率計或硬紙片）擋住準直器，避免準直器被輸出的紅外激光打壞。 6 .實驗過程避免雙眼直視激光光路。人眼不要與光路處與同一高度，最好能帶上激光防護鏡操作。 八、思考題 1 .什么是半導體泵浦固體激光器中的光譜匹配和模式匹配？ 答：光譜匹配指泵浦光光譜與激光介質(zhì)吸收譜吻合。模式匹配是指泵浦光斑整形后尺寸與激光諧振 腔基模振蕩光斑尺寸接近。 2 .可飽和吸收調(diào)Q中的激光脈寬、重復頻率隨泵浦功率如何變化？為什么？ 答：可飽和吸收調(diào)q泵浦光功率越高重復頻率越高，脈寬通常越窄，因為振蕩建立加快，振蕩次數(shù) 也增多