半导体泵浦固体激光器 近代物理实验Ⅰ 报告人：张德强 院系：核科学与工程系 指导老师：乐永康

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1 半导体泵浦固体激光器 近代物理实验Ⅰ 报告人：张德强 13300200021 院系：核科学与工程系 指导老师：乐永康
我希望通过我简单的报告大家对固体激光器的搭建及使用有一个简单的了解。 报告人：张德强 院系：核科学与工程系 指导老师：乐永康

2 目录 1 激光的原理 2 激光装置的搭建 3 泵浦光源的输出特性 4 固体激光输出功率 5 激光模式的观察与分析 6 激光倍频与调Q技术

3 Part Ⅰ 激光的原理

4 如何产生激光 受激辐射 粒子数持续反转 图片摘自《原子物理学》 杨福家 著 激光的产生主要分为三个步骤：
第一：高能级粒子在受到特定能量光子的激发后。光子会向下跃迁并产生同入射光子模式相同的光子。工作物质 第二：需要有装置能持续把低能级粒子抽运到高能级上，让粒子数的持续反转。泵浦光源 第三：需要一个装置能够筛选出模式相同的光子，并输出。谐振腔 图片摘自《原子物理学》 杨福家 著

5 Part Ⅱ 激光装置的搭建 针对以上三个部分，我会具体讲一下如何搭建一个固体激光器

6 工作物质Nd:YAG(Nd3+:Y3Al5O12)
荧光光谱 1064nm 光谱匹配 807.5nm LD 首先要先择激光的工作物质，本实验中ND:YAG作为激光器的工作物质。 这幅图就是钕离子的吸收光谱，我们选择的泵浦光源一定要与吸收光谱相匹配，否则能量转化率将会非常低。 这是三价钕离子的荧光光谱，它告诉我们发出激光的波长是1064nm 图片摘自《固体激光器件》 吕百达 著

7 实验平台 LD光源 激光晶体 激光功率计 耦合镜 输出晶体

8 设备主要技术指标 激光波长：808nm，1064nm，532nm 温控电源：工作电流0-2.3A 激光晶体: Nd3+:YAG，Φ3*5mm
被动调Q晶体：Cr4+:YAG晶体，Φ7x1mm 倍频晶体：KTP 3*3*5mm 快速光电探测器：1ns上升沿，光谱响应范围 nm

9 Part Ⅲ 泵浦光源的输出特性 当我们搭建好一套激光仪器时，我们会对什么参数最感兴趣？肯定是激光的输出

10 半导体泵浦光源的I-P曲线测量 相关系数R=0.99 泵浦光源 功率计 5.8cm 阈值I=0.35A 泵浦光源的I-P拟合曲线

11 Part Ⅳ 固体激光的输出功率

12 1064nm激光的I-P效率曲线 阈值： 腔长L=14.5cm I 截止 =0.35A 腔长L=17.6cm I 截止 =0.38A
从点分布和线性相关系数可以看出，谐振腔长为176mm的激光输出的非线性比腔长为145mm的非线性要大。 原因可能是谐振腔越长，不确定的非线性因素影响越剧烈，从而导致背离线性关系。 从拟合的直线也可看出，谐振腔越长，阈值越高。 原因可能是谐振腔越长，谐振时固体激光的损耗也就越大，因此需要更高的阈值才能有效出光。

13 1064nm激光的P-P转化效率曲线 P-P转化效率曲线截距基本为零！
应为功率计并不能对进入的光电子进行选通，所以测量的1064nm激光功率时，会有808nm的泵浦光进入功率计中，基本不可避免。 腔长增大时，一般损耗增大， 𝜏 𝑝 减小，故应斜率减小，横截距增大。 P-P转化效率曲线截距基本为零！

14 Part Ⅴ 激光模式的观察与分析

15 固体激光模式的观察 泵浦光源 耦合镜组 准直激光器 输出镜 激光晶体 红外显示屏 腔长L

16 固体激光模式的观察 TEM 00 模式激光 TEM 01 模式激光 TEM 10 模式激光
3. 单独改变腔长L，对横模无明显影响。 4. 改变输出镜角度，可以看到输出光束分裂成两个，分别对应为TEM01和TEM10模。 TEM 00 模式激光 TEM 01 模式激光 TEM 10 模式激光

17 Part Ⅵ 激光倍频及调Q技术

18 1064nm激光倍频现象的观察 利用非线性晶体在强激光作用下的二次非线性效应，即使频率为ω的激光通过晶体后变为频率为2ω的倍频光，称为倍频技术或二次谐波振荡。 光学倍频可将红外激光转变为可见激光，或将可见激光转变为波长更短的激光，从而扩展激光谱线覆盖的范围，在激光技术中已被广泛采用。 高次谐波技术是获得相干真空紫外光波的唯一有效方法，它可望发展成为实现相干X光的重要手段。 1064nm → 532nm

19 Q=2𝜋 谐振腔内存储的能量 没振荡周期损耗的能量
泵浦光源 耦合镜组 激光晶体 倍频晶体 输出镜

20 激光调Q原理 被动调Q技术，简而言之，就是利用透射率随光强改变的特性，压缩激光器输出脉冲宽度和提高脉冲峰值功率的技术。

21 参考文献 [1]固体激光原理与技术综合实验 实验讲义.大恒新纪元科技股份有限公司.
[2]伍长征. 激光物理学[M]. 上海：复旦大学出版社 [3]吕百达.固体激光器件[M].北京邮电大学出版社 [4]周建华, 兰岚, 余学才,LD泵浦Nd：YAG激光器综合实验建设, 实验技术与管理, 第31卷 第8期 2014年8月.