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固体激光原理与技术综合实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：个人收集整理勿做商业用途个人收集整理勿做商业用途个人收集整理勿做商业用途固体激光原理与技术综合实验半导体泵浦固体激光器（Diode—Pumpedsolid-stateLaser,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发展方向。本实验的目的是了解并掌握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。实验一半导体泵浦光源特性测量实验【实验目的】掌握半导体泵浦激光器的原理掌握半导体泵浦激光器的使用方法【实验仪器】半导体泵浦激光器、激光功率计、机械调整部件【实验原理】上世纪80年代起，生长半导体激光器(LD）技术得到了蓬勃发展,使得LD的功率和效率有了极大的提高，也极大地促进了DPSL技术的发展。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，必须对泵浦光束进行光束变换(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、结构简单、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.本实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.直接耦合方式结构紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且容易对LD造成损伤.间接耦合：指先将半导体激光器输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。本实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进行耦合。b自聚焦透镜耦合:由自聚焦透镜取代组合透镜进行耦合，优点是结构简单，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进行泵浦耦合，优点是结构灵活。本实验先用光纤柱透镜对半导体激光器进行快轴准直，压缩发散角，然后采用组合透镜对泵浦光束进行整形变换，各透镜表面均镀对泵浦光的增透膜，耦合效率高。本实验的压缩和耦合如（REF_Ref130012090\h\*MERGEFORMAT图Error!Bookmarknotdefined.）所示图SEQ图\*ARABIC1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4。光纤耦合图SEQ图\＊ARABICError!Bookmarknotdefined.本实验LD光束快轴压缩耦合泵浦简图【仪器调节步骤】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测试的光路实物图如实物照片（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，将功率计探头放置于其前端出光口处并靠近，调节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)【问题讨论】观察半导体泵浦激光器的结构，加深了解其原理【注意事项】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.避免用手直接触碰泵浦激光器的出光头，以免静电打坏激光器.实验二固体激光谐振腔结构调整和模式观察【实验目的】加深理解固体激光器的原理掌握固体激光器谐振腔的调整方法【实验仪器】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【实验原理】2、激光晶体图SEQ图\*ARABIC2Nd：YAG晶体中Nd3+吸收光谱图激光晶体是影响DPL激光器性能的重要器件.为了获得高效率的激光输出，在一定运转方式下选择合适的激光晶体是非常重要的。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+离子部分取代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、容易生长等的优点，成为目前应用最广泛的LD泵浦的理想激光晶体之一.Nd：YAG晶体的吸收光谱如（REF_Ref130012148\h\＊MERGEFORMAT图