半导体泵浦固体激光器综合实验实验报告

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'半导体泵浦固体激光器综合实验实验报告'
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 姓 名 学 号 指导教师 成 绩 日 期 2016年4月11日1、 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;二、实验仪器半导体泵浦固体激光器三、实验原理1.半导体激光泵浦固体激光器工作原理:直接耦合、间接耦合、光纤耦合。2.激光晶体:选择合适的激光晶体,在一定的运转方式下,获得高效率的激光输出。3.端面泵浦固体激光器的模式匹配技术: 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。4.半导体激光泵浦固体激光器的倍频技术:光波电磁场与非磁性透明电介质相互作用时,光波电场会出现极化现象。当强光激光产生后,由此产生的介质极化已不再是与场强呈线性关系,而是明显的表现出二次及更高次的非线性效应。四、实验内容及步骤1. LD安装及系统准直(1)将LD电源接通。通过上转换片观察LD出射光近场和远场的光斑。测量LD经快轴压缩后的阈值电流和输出特性曲线。(2)将耦合系统、激光晶体、输出镜、Q开关、准直器等各元器件安装在调整架和滑块上;(3)将准直器安装在导轨上,利用直尺将其调整成光束水平出射,中心高度50mm,水平并且水平入射在激光晶体中心位置; (4)通过调整架旋钮微调耦合系统的倾斜和俯仰,使晶体反射光位于准直器中心,并且准直光通过晶体后仍垂直进入LD;(5)通过调整架旋钮微调Nd:YAG晶体的倾斜和俯仰,重复上一步的调节步骤。(6)在准直器前安装T1输出镜,调整旋钮使输出镜的反射光点位于准直器中心。2.半导体泵浦固体激光器实验(1)在准直器前安装T1输出镜,调整旋钮使输出镜的反射光点位于准直器中心。根据实验装置图设置其与晶体之间的距离。打开LD电源,缓慢调节工作电流到1.3A。微调输出镜倾斜和俯仰使系统出光,然后微调激光晶体、耦合系统,使激光输出得到最大值;(2)将LD电流调到最小,然后从小到大渐渐增大LD电流,从激光阈值电流开始,每格0.2A测量一组固体激光器系统输出功率。结合LD的功率-电流关系,在实验报告上绘出激光输出功率-泵浦功率曲线;(3)更换为T2输出耦合镜,重复3.b、3.c的步骤,测试不同LD电流下的激光输出功率;(4)根据实验数据和曲线,计算两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率,并作简要分析。3. 半导体泵浦固体激光器调Q实验(1)安装Cr4+:YAG晶体,在准直器前准直后放入谐振腔内。LD电流调到1.7A,观察输出的平均功率,微调调整架,使激光输出平均功率最大;(2)降低LD电流到零。然后从小到大缓慢增加,测量1.7A、2.0A、2.3A时输出脉冲的平均功率;(3)安装探测器,取三个不同的LD工作电流(1.7A、2.0A、2.3A),分别测量输出脉冲的脉宽、重频;(4)计算不同功率下的峰值功率,对不同功率下的输出脉冲进行对比,并作简要分析。4. 半导体泵浦固体激光器倍频实验(1)将输出镜换为短波通输出镜,微调调整架使其反射光点在准直器中心。打开LD电源,取工作电流1.7A,微调输出镜、激光晶体、耦合系统的旋钮,使输出激光功率最大;(2)安装KTP晶体(或LBO),在准直器前准直后放入谐振腔内,倍频晶体尽量靠近激光晶体。调节调整架,使得输出绿光功率最亮;然后旋转KTP晶体(或LBO),观察旋转过程中绿光输出有何变化;五、实验数据和数据处理电流(mA)泵浦功率(mW)激光功率(mW)00.03-0.080.20.1-0.080.40.56-0.080.61050.730.82321.711.03533.401.24698.101.458522.21.670236.71.881151.22.092068.21. 电流——泵浦功率T1=泵浦功率/电流=4602. 电流——激光输出功率3. 泵浦——激光功率六、实验结果 实验数据及其分析见上图,在无任何透镜的情况下,泵浦的输出功率与电流成正比关系。在电流达到0.4mA时,泵浦被激发,功率成线性增长。在加装了透镜组成激光发射仪后,功率发生了明显的下降,而且不再呈现线性变化。七、分析讨论1. 半导体激光器(LD)对环境有较高要求,因此本实验系统需放置于洁净实验室内。实验完成后,应及时盖上仪器罩,以免LD沾染灰尘。2. LD对静电非常敏感。所以严禁随意拆装LD和用手直接触摸LD外壳。如果确实需要拆装,请带上静电环操作,并将拆下的LD两个电极立即短接。3. 不要自行拆装LD电源。电源如果出现问题,请与产家联系。同时,LD电源的控制温度已经设定,对应于LD的最佳泵浦波长,请不要自行更改。4. LD、耦合系统、激光晶体,两两滑块之间距离大约为32mm、8mm,经调整好以后最好不要随意变动,以免影响实验使用。5. 准直好光路后需用遮挡物(如功率计或硬纸片)挡住准直器,避免准直器被输出的红外激光打坏。6. 实验过程避免双眼直视激光光路。人眼不要与光路处与同一高度,最好能带上激光防护镜操作。八、思考题1. 什么是半导体泵浦固体激光器中的光谱匹配和模式匹配?答:光谱匹配指泵浦光光谱与激光介质吸收谱吻合。模式匹配是指泵浦光斑整形后尺寸与激光谐振腔基模振荡光斑尺寸接近。2. 可饱和吸收调Q中的激光脉宽、重复频率随泵浦功率如何变化?为什么?答:可饱和吸收调q泵浦光功率越高重复频率越高,脉宽通常越窄,因为振荡建立加快,振荡次数也增多。实验报告内容:一.实验目的 二.实验仪器(仪器名称、型号、参数、编号) 三.实验原理(原理文字叙述和公式、原理图) 四.实验步骤 五、实验数据和数据处理 六.实验结果 七.分析讨论(实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等) 八.思考题
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