专业实验 实验二 半导体泵浦固体激光器综合实验

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1、大恒新纪元科技股份有限公司光电研究所中国·北京电话(8610)82782668传真(8610))82782669版权所有不得翻印近代光学信息处理和光通讯系列实验讲义半导体泵浦固体激光器综合实验半导体泵浦固体激光器综合实验实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司版权所有不得翻印8大恒新纪元科技股份有限公司光电研究所中国·北京电话(8610)82782668传真(8610))82782669版权所有不得翻印近代光学信息处理和光通讯系列实验讲义半导体泵浦固体激光器综合实验半导体泵浦固体激光器综合实验一、前言半导体泵浦固体激光器（Diode-Pumpedsolid-state

2、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。二、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。三、实验原理与装置d)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

3、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。e)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

4、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。f)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：g)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。h)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。i)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。8大恒新纪元科技股份有限公司光电研究所中国·北京电话(8610)82782668传真(8610))827826

5、69版权所有不得翻印近代光学信息处理和光通讯系列实验讲义半导体泵浦固体激光器综合实验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图2所示。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4.光纤耦合图2本实验LD光束快轴压缩耦合泵浦简图a)激光晶体图3Nd:YAG晶体中Nd3+吸收光谱图8大恒新纪元科技股份有限公司光电研究所中国·北京电话(8610)82782668传真(8610))82782669版权所

6、有不得翻印近代光学信息处理和光通讯系列实验讲义半导体泵浦固体激光器综合实验激光晶体是影响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晶体的吸收光谱如图3所示

7、。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。我们如果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、发射截面、吸收截面、吸收带宽等多种因素。a)端面泵浦固

8、体激光器的模式匹配技术图