半导体泵浦激光原理

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1、实验10半导体泵浦激光原理【实验目的】：1、掌握LD泵浦Nd:YVO4固体激光器的基本概念；2、掌握连续激光器阈值概念及测量方法；3、掌握连续激光器斜率效率及测量方法。【实验原理】：1、普通光源的发光——受激吸收和自发辐射普通常见光源的发光是由于物质在受到外来能量作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。激发过程是“受激吸收”过程。自发辐射：在没有外界作用下，原子中的电子自发的由高能级向低能级跃迁，跃迁时将产生光辐射，此即为自发辐射。辐射光子能量为：hv=E2-E1原子的自发辐射过程完全是一个随机过程，所辐

2、射的光之间完全没有联系。波尔兹曼分布规律：在通常的热平衡条件下，处于高能级E2上的原子数密度N2，远比处于低能级的原子数密度低。处于能级E的原子数密度N的大小随能级E的增加而指数减小，即N∝e-EkT。于是，在上、下两个能级上的原子数密度比为N2N1∝exp[-(E2-E1)/kT]式中，k为波尔兹曼常量，T为绝对温度。因为E2>E1,所以N2《N1。普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。一般来说，这种光源所辐射光的能量是不强的，能量分散。2、受激辐射和光的放大亚稳态能级：在原子中可能存在这样一些能级，一旦电子从高能态向低能态

3、跃迁时只能发生在l（角动量量子数）量子数相差±1的两个状态之间，这就是一种选择规则，被激发到这种能级上时，由于不满足跃迁的选择规则，可使它在这种能级上的寿命很长，不易发生自发跃迁到低能级上。受激辐射：处在亚稳态能级上电子，在外加光的诱发和刺激下可以使其迅速跃迁到低能级上，并放出光子。受激辐射理论是激光的基础。locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(

4、WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcame受激辐射过程大致如下：原子开始处在高能级E2，当一个外来光子所带的能量hv正好为某一对能级之差E2-E1，则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。原子所发出的光子与诱发光子全同，不仅频率（能量）相同，而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样。于是，入射一个光子，就会出射两个完全相同的光子。这意味着原来光信号被放大，这种在受激过程中产生并被放大的光，

5、就是激光。1、粒子数反转为使光源发射激光，关键是发光原子处在高能级的数目比低能级上的多，此即为粒子数反转。【实验内容】：一、LD泵浦Nd：YVO4固体激光器的基本概念与主要参数测量LD泵浦Nd：YVO4固体激光器具有以下特点：②、光谱匹配性好；②、体积小，结构简单，装调方便，使用寿命长；③、具有倍频特性。LD泵浦Nd：YVO4固体激光器的相关参数和曲线：①、泵浦功率（Pin）-—输出功率（Pout）特性曲线如下图：locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheass

6、assination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcame随泵浦功率增加，激光器首先渐渐增加自发辐射，直至超过阈值，发生受激辐射。开始发生受激辐射时的泵浦功率值，为阈值功率，用Pth表示。②、利用Pin—Pout曲线找到Pth的方法有三种：a、双斜法：将Pin—Pout曲线中两条直线延长线交点所对应的功率作为阈值功率；b、常规

7、法：输出光功率延长线与功率轴的交点作为激光器的阈值功率；c、导数法：在Pin—Pout曲线中，将输出功率对泵浦功率求二阶导数，求导数波峰所对应的功率值为Pth。③、Pin—Pout曲线的斜率该斜率为Pth以上的Pin—Pout曲线的斜率，表示波长为808nm的泵浦功率有多少转换成1064nm固体激光器的输出功率。一、LD泵浦Nd：YVO4固体激光器光斑尺寸的测量在各种不同光强分布形式中，基横模的光强分布不均匀性最小，因此需要激光器工作在基横模状态。激光基横模的光强分布是高斯分布，能够方便地测量光斑的大小。取激光器的轴向为直角坐标系的z轴，

8、以谐振腔的中心为原点，并在与主轴z垂直的平面上取x轴和y轴。衡量光斑大小可以用光斑半径，它定义为光强衰减到中央最大光强的1/e2的位置与z轴之间的距离，称为半宽度，记为W；也可用半极大全宽度，