实验三 半导体泵浦激光实验欧洲杯-米乐M6官方网站

　　激光器主要由工作物质、谐振腔以及泵浦源组成。激光工作物质能使粒子数反转从而使得原子布局到激发态上。以四能级工作物质为例，如图4所示，泵浦过程式粒子从基态E1抽运到激发态E3上。E3上的粒子通过无辐射跃迁（粒子经过这个无辐射跃迁过程到达一个低能级，释放的能量转变成热能或者晶格振动能量，但是不辐射光子）迅速转移到亚稳态E2上，E2是激光物质工作的高能级，它的寿命较长，在泵浦持续的过程中，处在E2上的粒子数不断积累，而激光物质工作的低能级E1在激光工作物质发射激光之前的粒子数很少，这样就会在激光工作物质的上能级E2和低能级E1之间形成粒子数反转。

　　这里要指出的是，在凝聚态材料中，由于外来光电场的作用，介质内部会产生极化，这种极化的结果会使得原子、分子实际受到的电场强度（定域场）与外加电场不同，也就是定域场等于外电场乘以一个定域场修正因子 ，这个因子与介质的特性有关。所以严格来说，在 与 等系数的转换关系中必须记及定域场因子。但是为了简单起见，在这里讨论和处理非线性极化率时，先暂不考虑定域场修正问题欧洲杯-米乐M6官方网站。(7)式中 ， ， ，……均由介质决定，且它们的大小依次减小，它们的数量级之比为

　　实验使用808nmLD泵浦激光晶体，得到1064nm的近红外激光，再用KTP晶体进行腔内倍频得到532nm的绿光。工作介质时长度为1mm参杂浓度为3at%，α轴向切割的Nd:YVO4晶体。在Nd:YVO4晶体内部约95%的泵浦光被吸收，采用Ⅱ类相位匹配的KTP晶体作为倍频晶体，它的通光面同时对1064nm和532nm高透，采用端面泵浦以提高空间耦合效率，用等焦距为5mm的梯度折射率透镜收集808nmLD激光聚焦成0.1μm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。前腔片用K9玻璃，R为50mm，对808.5nm高反，对1064nm半反。利用650nm半导体激光器作准直光光源。

　　激光的产生一般都有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激光下能级。自发辐射产生的光子的发射方向在空间立体角内是均匀分布的，在激光谐振腔中，偏离轴向的光子很快逸出墙外而不会对受激放大有贡献；只有沿轴向的光子部分通过输出反射镜输出，部分被谐振腔的反射镜反射回工作物质而受到放大，受到放大的受激辐射又有部分输出谐振腔，一部分被反射回工作物质而放大……，谐振腔就是这样放大受激辐射从而产生激光的。

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　　钒酸钇是自然双折射晶体，激光输出沿着特殊的π方向成线性偏振。偏振输出有一个优点，即避免了多余的热致双折射。在这种单轴晶体中，泵浦吸收就是最强的。在π方向上，Nd:YVO4的吸收系数大约是Nd:YAG的4倍。在Nd:YVO4中，斯塔克分裂较少，多次跃迁较多，因此，在809nm左右的泵浦波长时，Nd:YVO4的吸收谱比Nd:YAG的宽，且没有那么尖。图示除了这种材料相对Nd:YAG较宽、较光滑的吸收分布。从图中可以看出，由于Nd:YVO4的泵浦带较宽，所以其激光性能更能适应二极管的温度变化。如果将这种带宽限制在这样的波段，即其中至少75%的泵浦辐射被5mm厚的晶体吸收。