半导体泵浦固体激光综合实验实验讲义.docx

半导体泵浦固体激光综合实验

实
验
讲
义

前言

半导体泵浦固体激光器具有结构紧凑，转换效率高等特点已经成为现代工业应用的主流激光器。应用全工业器件和科研级晶体设计的半导体泵浦固体激光器综合实验具有系统开放、调整简单、知识全面、可定量测量参数等特点。本实验适合配套激光原理等课程开设本科生专业实验，或高职院校进行实训教学。

目录

1.引言-----------------------------------------------1
2.实验目的-------------------------------------------1
3.实验原理-------------------------------------------1
4.实验仪器-------------------------------------------4
5.实验步骤-------------------------------------------5
6.思考题---------------------------------------------6
7.实验注意事项---------------------------------------7
8.参考文献

1.引言
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。本实验的目的是熟悉半导体泵浦固体激光器的基本原理和调试技术，以及其调Q和倍频的原理和技术。
实验目的
a.掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法；
b.掌握固体激光器被动调Q的工作原理，进行调Q脉冲的测量；
c.了解固体激光器倍频的基本原理。
实验原理
a.半导体激光泵浦固体激光器工作原理：
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。
b.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。
c.间接耦合：指先将LD输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。常
见的方法有：
d.组合透镜系统聚光：用球面透镜组合或者柱面透镜组合进行耦合。
e.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。
f.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2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\*ARABIC2本实验LD光束快轴压缩耦合泵浦简图
g.激光晶体

图SEQ图\*ARABIC3Nd: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3所示。
从Nd:YAG的吸收光谱图我们可以看出，Nd