半导体泵浦激光特性以及倍频技术

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1、半导体激光器的频率特性以及倍频技术姓名:李方学号：1150730006班级：11应物光的频率指的是光波振动的频率，频率是光的基本特性之一。半导体泵浦0.53Pm绿光激光器由于其具有波长短，光子能量高，在水屮传输距离远和人眼敏感等优点。效率高、寿命长、体积小、可靠性好。近几年在光谱技术、激光医学、信息存储、彩色打印、水丁通讯、激光技术等科学研宄及国民经济的许多领域屮展示出极为重要的应用，成为各国研宄的重点。论文依据对半导体激光器模型的理论分析，结合激光晶体与倍频晶体特性设计了可根据半导体激光器工作条件平凹直腔与腔内倍频的稳定高效连续二

2、.半导体激光器工作及其倍频结构实验使用8O8nmLD泵浦晶体得到1.064um近红外激光，再用KTP晶体进行腔内倍频得到0.53Um的绿激光，长度为3X3Xlmm搀杂浓度3at%a轴向切割Nd:YVO4晶体作为工作介质，入射到内部的光约95%被吸收，采用II类相位匹配2X2X5mmKTP晶体作为倍频晶体，它的通光而同时对1.064um0.53um高透，采用端而泵浦以提高空间耦合效率，用等焦距为3mm的梯度折射率透镜收集808LD激光聚焦成0.1um的细光束，使光束束腰在Nd:YVO4晶体内部，谐振腔为平凹型，后腔片受热后弯曲。输出镜

3、(前腔片)用K9玻璃，R为50mm,对808.5，1.064高反，0.53增透。用632.8nmHe-Ne激光器作准直光源。三.论文研宄的主要内容及技术指标根据国论文的选题要求，论文的主要研究内容和关键参数如下：(1)观察经过KTP倍频晶体后的现象(2)半导体激光器的输出阈值(3)相位匹配角半导体激光器工作原理光与物质的相互作用可以归结为光与原子的相互作用，有三种过程：吸收、F1发辐射和受激辐射。如果一个原子，开始处于基态，在没有外來光子，它将保持不变，如果一个能量为Av2/的光子接近，则它吸收这个光子，处于激发态e2。在此过程中不

4、是所有的光子都能被原子吸收，只有当光子的能量正好等于原子的能级间隔£1七2时才能被吸收。E2——sE2E2(a)(b)光与物质作用的吸收过程E,⑷激发态寿命很短，在不受外界影响时，它们会自发地返回到基态，并放出光子。自发辐射过程与外界作用无关，由于各个原子的辐射都是自发的、独立进行的，因而不同原子发出来的光子的发射方向和初相位是不相同的。处于激发态的原子，在外的光子的影响下，会从高能态向低能态跃迁，并两个状态间的能量差以辐射光子的形式发射出去。只有外来光子的能量正好为激发E.terE,:E2Ky^v2ir&(b)E.A■/光与物质作

5、用的自发辐射过程态与基态的能级差时，才能引起受激辐射，且受激辐射发出的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和相位完全相同。激光的产生主要依赖受激辐射过程。激光器主要冇：工作物质、谐振腔、泵浦源组成。工作物质主要提供粒子数反转。OE2E,/y~►hv2lA;—►hv2〜—►hv2EiEi⑻(b)光与物质作用的受激辐射过程泵浦过程使粒子从基态Ei抽运到激发态E3,E3上的粒子通过无辐射跃迁（该过程粒子从高能级跃迁到低能级时能量转变为热能或晶格振动能，但不辐射光子），迅速转移到亚稳态E2。E2是一个寿命较长的能级，这样处于E2上的

6、粒子不断积累，的粒子乂由于抽运过程而减少，从而实现氐与£,能级间的粒子数反转。激光产生必须有能提供光学正反馈的谐振腔。处于激发态的粒子由于不稳定性而自发辐射到基态，自发辐射产生的光子各个方向都有，偏离轴向的光子很快逸出腔外，只有沿轴向的光子，部分通过输出镜输出，部分被反射回工作物质，在两个反射镜间往返多次被放人，形成受激辐射的光放人即产生激光。五.光学倍频光的倍频是一种最常用的扩展波段的非线性光学方法。激光倍频是将频率为的光，通过晶体屮的非线性作用，产生频率为2o的光。当光与物质相互作用时，物质中的原子会因感应而产生电偶极矩。单位体

7、积内的感应电偶极矩叠加起来，形成电极化强度矢量。电极化强度产生的极化场发射出次级电磁辐射。当外加光场的电场强度比物质原子的内场强小的多时，物质感生的电极化强度与外界电场强度成正比。P=eoxE在激光没有出现之前，当有几种不同频率的光波同时与该物质作用时，各种频率的光都线性独立地反射、折射和散射，满足波的叠加原理，不会产生新的频率。当外界光场的电场强度足够大时（如激光），物质对光场的响应与场强具有非线性关系：P=aE+3E2+丫E3+…式中u,f3,y,…均为与物质有关的系数，且逐次减小，它们数量级之比为y1aPE原子其中Ew为原子中

8、的电场，其量级为108V/cm，当时上式中的非线性项E2、E3等均是小量，可忽略，如果E很大，非线性项就不能忽略。考虑电场的平方项E=£0coscot(l+cos26ty)出现直流项和二倍频项cos2ot，直流项称为光学整流，当激光以