半导体泵浦固体激光器

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1、佛山科学技术学院实验报告课程名称光电信息与技术实验实验项目半导体泵浦固体激光器综合实验专业班级13光源与照明1班姓名冯远博学号2013244101指导教师谢嘉宁成绩日期2015年6月12日一、实验目的１．掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法；２．了解固体激光器倍频的基本原理；３．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。（选做）二、实验原理１．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

2、，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。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

3、应用中较难实现，并且容易对LD造成损伤。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：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。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。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

4、.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２．激光晶体图3Nd: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

5、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。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

6、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。３．端面泵浦固体激光器的模式匹配技术图4是典型的平凹腔型结构图。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，镀输出激光一定透过率的凹面镜作为输出镜。这种平凹腔容易形成稳定的输出模，同时具有高的光光转换效率，但在设计时必须考虑到模式匹配问题。图4端面泵浦的激光谐振腔形式如图4所示，则平凹腔中的g参数表示为：根据腔的稳定性条件，时腔为稳定腔。故当时腔稳定。同时容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：本实验中，R1为平面，R2=200mm，L=80mm。由此

7、可以算出大小。所以，泵浦光在激光晶体输入面上的光斑半径应该，这样可使泵浦光与基模振荡模式匹配，在容易获得基模输出。５．半导体激光泵浦固体激光器的被动调Q技术（选做）目前常用的调Q方法有电光调Q、声光调Q和被动式可饱和吸收调Q。本实验采用的Cr4+:YAG是可饱和吸收调Q的一种，它结构简单，使用方便，无电磁干扰，可获得峰值功率大、脉宽小的巨脉冲。Cr4+:YAG被动调Q的工作原理是：当Cr4+:YAG被放置在激光谐振腔内时，它的透过率会随着腔内的光强而改变。在激光振荡的初始阶段，Cr4+:YAG的透过率较低（初始透过率），随着泵浦作用增益介质的反转粒子数不

8、断增加，当谐振腔增益等于谐振腔损耗时，反转粒子数达到最大值，此时可饱和吸收体的透