欧洲杯-米乐M6官方网站半导体泵浦激光器实验报告

　　在激光和非线性光学的发展过程中，新型激光的出现带来新的光学现象和巨大的应用前景。激光的产生需要对激光晶体泵浦从而发生粒子数反转，早期物理学家用氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，而近年来被称为第二代的激光器的半导体泵浦固体激光器得到了快速的发展和应用。与传统激光器不同，这种激光器利用了固定波长的半导体激光器对光学晶体进行泵浦，因此体积小欧洲杯-米乐M6官方网站，寿命长，结构紧凑，热效应小，效率高，可覆盖波长宽，已成为固体激光器的主要研究和发展方向。

　　固体激光器的增益介质是掺杂有能被泵浦到激发态的原子、离子或分子的玻璃或晶体，通过灯、半导体激光器阵列、或其它激光用光泵浦的方式得到激发。其参与受激辐射的粒子密度远远高于气体工作介质，因此易于获得大能量输出。目前已有上百种晶体作为增益介质实现了固体激光器的运转。以钕离子(Nd3+）作为激活粒子的激光器使用非常广泛，其中Nd:YAG（掺钕钇铝石榴石）为四能级系统，具有量子效率高，受激辐射界面大的优点，其热导率高，光学质量好，是最常用的激光晶体之一，工作波长一般为1064nm；Nd:YVO4（掺钕钒酸钇）是低功率应用最广泛的激光晶体，工作在1064nm，可通过KTP,LBO等非线性光学晶体进行波长转换输出近红外，绿色，蓝色等激光。

　　半导体激光器(LD)的增益介质是pn结半导体二极管。当电流正向通过二极管时，电子和空穴分别被从n区传输进p区和p区传至n区，在pn结中电子与空穴可能复合并产生相应能量的电磁辐射。当电流大于阈值时，pn结中的辐射场变得很强，经过半导体介质的端面多次反射放大，在其它弛豫过程消除粒子数反转之前就在pn结中发生受激辐射，发射出强烈的激光。由于半导体材料中电子密度高，相应的放大系数大，很短的增益介质就可达到激光阈值。LD的发射阈值低，发射光谱可通过选择半导体材料和温度控制在宽范围内选择和精确调节，是固体激光器极好的泵浦源。

　　Cr4+:YAG被动调Q的工作原理是：当Cr4+:YAG被放置在激光谐振腔内时，它的透过率会随着腔内的光强而改变。在激光振荡的初始阶段，Cr4+:YAG的透过率较低（初始透过率），随着泵浦作用，增益介质的反转粒子数不断增加，当谐振腔增益等于谐振腔损耗时，反转粒子数达到最大值，此时可饱和吸收体的透过率仍为初始值。随着泵浦的进一步作用，Cr4+:YAG腔内光子数不断增加，可饱和吸收体的透过率也逐渐变大，并最终达到饱和。此时，Cr4+:YAG的透过率突然增大，光子数密度迅速增加，激光振荡形成。腔内光子数密度达到最大值时，激光为最大输出，此后，由于反转粒子欧洲杯-米乐M6官方网站的减少，光子数密度也开始减低，则可饱和吸收体Cr:YAG的透过率也开始减低。当光子数密度降到初始值时，Cr:YAG的透过率也恢复到初始值，调Q脉冲结束。

　　从Fig.3中可以看出，Nd:YVO4 晶体的功-功转换效率比Nd:YAG晶体高，并且当电流增大到一定值时，两种晶体的功-功转换效率会趋向于一个定值。对于前者最大的效率可以达到 45%以上，而对于后者最大效率能达到39%以上。二者的转换效率的差别和两种晶体的结构差异有关，Nd:YVO4 晶体属于单轴晶系，输出线偏振光，不会出现双折射现象，而Nd:YAG 则是立方晶体结构。另外，在808nm 附近，Nd:YVO4 晶体的泵浦带宽度约为 Nd:YAG 晶体的五倍（因为它有更高的泵浦吸收率和更大的吸收截面），且 Nd:YVO4 晶体在该波长处的吸收能力正好达到峰值。

　　实验中我们测量了半导体泵浦激光器的I‐P特性，发现该激光器工作的电流阈值为0.37A，当电流超过该值时，激光器的输出功率随着电流迅速增加，并且几乎成线性关系。在这个基础上，我们测量了Nd:YVO4和Nd:YAG两种激光晶体在上述激光器泵浦且以TEM00模式输出时的输出功率和泵浦源的输入电流的关系，从而进一步得到了这两种晶体的功‐功转换效率。我们发现功‐功转换效率在阈值电流后迅速增加，然后逐渐趋于平稳值。另外Nd:YVO4的转换效率比Nd:YAG大，前者从透过率为3%的输出镜输出后可达到 45%以上，后者则是39%左右。可见功-功转换效率和晶体结构有很大的关系。