北京邮电大学：《大学物理实验》课程实验讲义（物理电子学）半导体泵浦固体激光实验_半导体泵浦固体激光综合实验.pdf_大学文库

近代物理实验讲义实验22半导体泵浦固体激光综合实验半导体泵浦固体激光器(Diode-Pumped solid--state Laser,DPL),是以激光二极管(LD)代替闪光灯泵浦固体激光介质的固体激光器，具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点，在光通信激光雷达、激光医学、激光加工等方面有巨大应用前景，是未来固体激光器的发展方向。本实验的目的是熟悉半导体泵浦固体激光器的基本原理和调试技术，以及其调Q和倍频的原理和技术。【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.掌握固体激光器被动调Q的工作原理，进行调Q脉冲的测量： 3.了解固体激光器倍频的基本原理。【实验原理】上世纪80年代起，生长半导体激光器LD)技术得到了蓬勃发展，使得LD的功率和效率有了极大的提高，也极大地促进了DPSL技术的发展。与闪光灯泵浦的固体激光器相比，DPSL的效率大大提高，体积大大减小。在使用中，由于泵浦源LD的光束发散角较大，为使其聚焦在增益介质上，必须对泵浦光束进行光束变换（耦合）。泵浦耦合方式主要有端面泵浦和侧面泵浦两种，其中端面泵浦方式适用于中小功率固体激光器，具有体积小、结构简单、空间模式匹配好等优点。侧面泵浦方式主要应用于大功率激光器。 d:YA 50 图22】Nd:YAG品体中Nd*吸收光谱图激光品体是影响DPL激光器性能的重要器件。为了获得高效率的激光输出，在一定运转方式下选择合适的激光晶体是非常重要的。目前己经有上百种晶体作为增益介质实现了连续波和脉冲激光运转，以钕高子(Nd)作为激活粒子的钕激光器是使用最广泛的激光器。其中，以Nd叫离子部分取代YAl,O2晶体中Y离子的掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG),由于具有量子效率高、受激辐射截面大、光学质量好、热导率高、容易生长等的优点，成为目前应用最广泛的LD泵浦的理想激光晶体之一。NYAG晶体的吸收光谱如图22.1所示。从Nd:YAG的吸收光谱图我们可以看出，Nd:YAG在807.5nm处有一强吸收峰。我们如果选

近代物理实验讲义 134 实验 22 半导体泵浦固体激光综合实验半导体泵浦固体激光器(Diode-Pumped solid-state Laser，DPL)，是以激光二极管(LD)代替闪光灯泵浦固体激光介质的固体激光器，具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点，在光通信、激光雷达、激光医学、激光加工等方面有巨大应用前景，是未来固体激光器的发展方向。本实验的目的是熟悉半导体泵浦固体激光器的基本原理和调试技术，以及其调 Q 和倍频的原理和技术。【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．掌握固体激光器被动调 Q 的工作原理，进行调 Q 脉冲的测量； 3．了解固体激光器倍频的基本原理。【实验原理】上世纪 80 年代起，生长半导体激光器(LD)技术得到了蓬勃发展，使得 LD 的功率和效率有了极大的提高，也极大地促进了 DPSL 技术的发展。与闪光灯泵浦的固体激光器相比，DPSL 的效率大大提高，体积大大减小。在使用中，由于泵浦源 LD 的光束发散角较大，为使其聚焦在增益介质上，必须对泵浦光束进行光束变换（耦合）。泵浦耦合方式主要有端面泵浦和侧面泵浦两种，其中端面泵浦方式适用于中小功率固体激光器，具有体积小、结构简单、空间模式匹配好等优点。侧面泵浦方式主要应用于大功率激光器。图 22.1 Nd:YAG 晶体中 Nd3+吸收光谱图激光晶体是影响 DPL 激光器性能的重要器件。为了获得高效率的激光输出，在一定运转方式下选择合适的激光晶体是非常重要的。目前已经有上百种晶体作为增益介质实现了连续波和脉冲激光运转，以钕离子（Nd3+）作为激活粒子的钕激光器是使用最广泛的激光器。其中，以 Nd3+ 离子部分取代 Y3Al5O12 晶体中 Y 3+离子的掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG），由于具有量子效率高、受激辐射截面大、光学质量好、热导率高、容易生长等的优点，成为目前应用最广泛的 LD 泵浦的理想激光晶体之一。Nd:YAG 晶体的吸收光谱如图 22.1 所示。从 Nd:YAG 的吸收光谱图我们可以看出，Nd:YAG 在 807.5nm 处有一强吸收峰。我们如果选

半导体泵浦圆体激光综合实验择波长与之匹配的LD作为泵浦源，就可获得高的输出功率和泵浦效率，这时我们称实现了光谱匹配。但是，LD的输出激光波长受温度的影响，温度变化时，输出激光波长会产生漂移，输出功率也会发生变化。因此，为了获得稳定的波长，需采用具备精确控温的LD电源，并把LD的温度设置好，使LD工作时的波长与Nd:YAG的吸收峰匹配。另外，在实际的激光器设计中，除了吸收波长和出射波长外，选择激光品体时还需要考虑掺杂浓度、上能级寿命、热导率、发射截面、吸收截面、吸收带宽等多种因素。本实验采用端面泵浦方式。端面泵浦耦合通常有直接耦合和间接耦合两种方式。直接耦合：将半导体激光器的发光面紧贴增益介质，使泵浦光束在尚未发散开之前便被增益介质吸收，系浦源和增益介质之间无光学系统，这种耦合方式称为直接耦合方式。直接耦合方式结构紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且容易对LD造成损伤。间接耦合：指先将LD输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。常见的方法有组合透镜系统聚光：用球面透镜组合或者柱面透镜组合进行耦合。自聚焦透镜耦合：由自聚焦透镜取代组合透镜进行耦合，优点是结构简单，准直光斑的大小取决于自聚焦透镜的数值孔径。光纤耦合：指用带尾纤输出的LD进行泵浦耦合。优点是结构灵活。本实验采用光纤耦合方法，先用四维调整镜架将尾纤固定在光路上，然后采用组合透镜对泵浦光束进行整形变换，各透镜表面均镀对泵浦光的增透膜，耦合效率高。本实验的压缩和耦合如图22.2所示。 LD 镜光岛体 LD自聚焦透镜微光品体 D光纤 (C自聚焦透镜耦合图22.2半导体激光泉浦围体激光器的常用福合方式激光器必须有谐振腔才能形成稳定的受激辐射，产生激光。本实验采用如图22.3所示的平凹腔型，这种腔型容易形成稳定的输出模，同时具有高的光光转换效率。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。输出镜是一片单独的凹面镜，并且镀膜使其具有一定的透过率。适当的透过率能得到最大的输出光功率。平凹腔中的g参数表示为

半导体泵浦固体激光综合实验 135 择波长与之匹配的 LD 作为泵浦源，就可获得高的输出功率和泵浦效率，这时我们称实现了光谱匹配。但是，LD 的输出激光波长受温度的影响，温度变化时，输出激光波长会产生漂移，输出功率也会发生变化。因此，为了获得稳定的波长，需采用具备精确控温的 LD 电源，并把 LD 的温度设置好，使 LD 工作时的波长与 Nd:YAG 的吸收峰匹配。另外，在实际的激光器设计中，除了吸收波长和出射波长外，选择激光晶体时还需要考虑掺杂浓度、上能级寿命、热导率、发射截面、吸收截面、吸收带宽等多种因素。本实验采用端面泵浦方式。端面泵浦耦合通常有直接耦合和间接耦合两种方式。直接耦合：将半导体激光器的发光面紧贴增益介质，使泵浦光束在尚未发散开之前便被增益介质吸收，泵浦源和增益介质之间无光学系统，这种耦合方式称为直接耦合方式。直接耦合方式结构紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且容易对 LD 造成损伤。间接耦合：指先将 LD 输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。常见的方法有组合透镜系统聚光：用球面透镜组合或者柱面透镜组合进行耦合。自聚焦透镜耦合：由自聚焦透镜取代组合透镜进行耦合，优点是结构简单，准直光斑的大小取决于自聚焦透镜的数值孔径。光纤耦合：指用带尾纤输出的 LD 进行泵浦耦合。优点是结构灵活。本实验采用光纤耦合方法，先用四维调整镜架将尾纤固定在光路上，然后采用组合透镜对泵浦光束进行整形变换，各透镜表面均镀对泵浦光的增透膜，耦合效率高。本实验的压缩和耦合如图 22.2 所示。 LD 激光晶体 LD 组合透镜激光晶体 LD 自聚焦透镜激光晶体 LD 光纤激光晶体 1. 2. 3. 4. 图 22.2 半导体激光泵浦固体激光器的常用耦合方式激光器必须有谐振腔才能形成稳定的受激辐射，产生激光。本实验采用如图 22.3 所示的平凹腔型，这种腔型容易形成稳定的输出模，同时具有高的光光转换效率。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。输出镜是一片单独的凹面镜，并且镀膜使其具有一定的透过率。适当的透过率能得到最大的输出光功率。平凹腔中的 g 参数表示为 LD 激光晶体 (a)直接耦合 LD 组合透镜激光晶体 (b)组合透镜耦合 LD 自聚焦透镜激光晶体 (c)自聚焦透镜耦合 LD 光纤激光晶体 (d)光纤耦合

近代物理实验讲义 (22.1) 根据激光原理，稳定腔需满足0<g2<L,即L<R2。同时可得出其束腰位置在晶体的输入平面上，该处的光斑尺寸为 L(R-L 0= (22.2) 本实验中，R,为平面，R=200mm,L=80mm。由此可以算出，大小。所以，泵浦光在激光晶体输入面上的光斑半径应该小于等于，这样可使泵浦光与基模振荡模式匹配，容易获得基模输出。 00 光输出图22.3端面泵浦的激光谐振腔形式半导体澈光系浦固体澈光器的被动调Q技术目前常用的调Q方法有电光调Q声光调Q和被动式可饱和吸收调Q,本实验采用的C“:YAG 是可饱和吸收调Q的一种，它结构简单，使用方便，无电磁干扰，可获得峰值功率大、脉宽小的巨脉冲。 Cr“:YAG被动调Q的工作原理是：当Cr“:YAG被放置在激光诰振腔内时，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，C“: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，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，C“:YG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，由于反转粒子的减少，光子数密度也开始减低，则可饱和吸收体C“: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。半导体激光泵浦固体澈光器的倍颜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。倍频现象就是二次非线性效应的一种特例。本实验中的倍频就是通过倍须晶体实现对Nd:YAG和 NdYV04输出的1064nm红外激光倍频成532nm绿光。 136

近代物理实验讲义 136 1 1 1 1, L g R    2 2 1 L g R   (22.1) 根据激光原理，稳定腔需满足 0<g1g2<1，即 L<R2。同时可得出其束腰位置在晶体的输入平面上，该处的光斑尺寸为   1 2 2 0 L R L ( )      (22.2) 本实验中，R1 为平面，R2=200mm，L=80mm。由此可以算出0 大小。所以，泵浦光在激光晶体输入面上的光斑半径应该小于等于0，这样可使泵浦光与基模振荡模式匹配，容易获得基模输出。 f L R 0 泵浦光激光输出激光晶体输出镜图 22.3 端面泵浦的激光谐振腔形式半导体激光泵浦固体激光器的被动调 Q 技术目前常用的调Q方法有电光调Q、声光调Q和被动式可饱和吸收调Q。本实验采用的Cr4+:YAG 是可饱和吸收调 Q 的一种，它结构简单，使用方便，无电磁干扰，可获得峰值功率大、脉宽小的巨脉冲。 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，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，由于反转粒子的减少，光子数密度也开始减低，则可饱和吸收体 Cr4+:YAG 的透过率也开始减低。当光子数密度降到初始值时，Cr4+:YAG 的透过率也恢复到初始值，调 Q 脉冲结束。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。倍频现象就是二次非线性效应的一种特例。本实验中的倍频就是通过倍频晶体实现对 Nd:YAG 和 Nd:YVO4 输出的 1064nm 红外激光倍频成 532nm 绿光

半导体泵浦圆体激光综合实验常用的倍频品体有KTP、KDP、LBO、BBO和LN等。其中，KTP品体在1O64nm光附近有高的有效非线性系数，导热性良好，非常适合用于YAG激光的倍频。倍频技术通常有腔内倍频和腔外倍频两种。腔内倍频是指将倍频晶体放置在激光谐振腔之内，由于腔内具有较高的功率密度，因此较适合于连续运转的周体激光器。腔外倍频方式指将倍频晶体放置在激光谐振腔之外的倍频技术，较适合于脉冲运转的固体激光器。角度相位匹配将基频光以特定的角度和偏振态入射到倍频晶体，利用倍频晶体本身所其有的双折射效应抵消色散效应，达到相位匹配的要求。角度匹配是高效率产生倍频光的最常用、最主要的方法。 KTP晶体属于负双轴品体，对它的相位匹配及有效非线性系数的计算，已有大量的理论研究，通过KTP的色散方程，人们计算出其最佳相位匹配角为90°，对应的有效非线性系数 deff7.36×10-12V/m. 掺钕钒酸纪(Nd:YVO4.)品体是一种性能优良的激光品体，适于制造激光二极管泵浦特别是中低功率的激光器。与Nd:YAG相比Nd:YVO对泵浦光有较高的吸收系数和更大的受激发射截面。激光二极管泵浦的Nd:YVO,品体与LBO,BBO,KTP等高非线性系数的品体配合使用，能够达到较好的倍频转换效率，可以制成输出近红外、绿色、蓝色到紫外线等类型的全固态激光器。与Nd:YAG相比，Nd:YVO,最大的优势在于更宽的吸收带宽范围内，具有比Nd:YAG高5 倍的吸收效率，而且在808m左右达到峰值吸收波长，完全能够达到当前高功率激光二极管的标准。这使得我们可以利用更小的品体来制造体积越来越小的激光器。同时还意味着激光二极管可以用较小的功率输出特定的能量，从而延长了其使用寿命。Nd:YVO4的吸收带宽可达Nd:YAG的 2.4-6.3倍，这一特性同样具有巨大的开发价值。除了较高的泵浦效率外，在二极管的规格上提供了更大的选择空间，这将为激光器生产商节省更多的制造成本。 Nd:YVO4在1064nm和1342nm处具有较大的受激发射截面.在Nd:YVO,的a轴方向1064nm 波的受激发射截面约为Nd:YAG的4倍，而1342nm的受激发射截面可达Nd:YAG在1.3um处的 I8倍，故Nd:YVO,I342nm激光的连续输出效率要大大超过Nd:YAG,这使得Nd:YVO,激光的两个波长都可以更容易保持一个较强的单线激发。 Nd:YVO,的另一重要特点是它属单轴晶系，仅发射线性偏振光，因此可以避免在倍频转换时产生双折射干扰，而Nd:YAG是高匀称性的正方品体，无此特性。虽然Nd.YVO4的荧光寿命比 Nd:YAG短2.7倍左右，但是因为Nd:YVO4具有较高的泵浦量子效率，所以在设计理想的光腔中仍然可获得相当高的斜率效率。【实验装置】本实验采用北京杏林睿光科技有限公司生产的RLE-C4O1型半导体泵浦固体激光综合实验装置，主要仪器包括泵浦源、耦合透镜、激光品体(Nd:YAG和Nd:YVO,、倍频晶体(KTP)、调 Q晶体(CYAG)输出镜(3片，透过率分别为1%，3%，8%)、准直激光器（可见红光，650nm)、功率计、红外显示卡等

半导体泵浦固体激光综合实验 137 常用的倍频晶体有 KTP、KDP、LBO、BBO 和 LN 等。其中，KTP 晶体在 1064nm 光附近有高的有效非线性系数，导热性良好，非常适合用于 YAG 激光的倍频。倍频技术通常有腔内倍频和腔外倍频两种。腔内倍频是指将倍频晶体放置在激光谐振腔之内，由于腔内具有较高的功率密度，因此较适合于连续运转的固体激光器。腔外倍频方式指将倍频晶体放置在激光谐振腔之外的倍频技术，较适合于脉冲运转的固体激光器。角度相位匹配将基频光以特定的角度和偏振态入射到倍频晶体,利用倍频晶体本身所具有的双折射效应抵消色散效应，达到相位匹配的要求。角度匹配是高效率产生倍频光的最常用、最主要的方法。 KTP 晶体属于负双轴晶体，对它的相位匹配及有效非线性系数的计算，已有大量的理论研究，通过 KTP 的色散方程，人们计算出其最佳相位匹配角为 90°，对应的有效非线性系数 deff=7.36×10-12V/m。掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）晶体是一种性能优良的激光晶体，适于制造激光二极管泵浦特别是中低功率的激光器。与 Nd:YAG 相比 Nd:YVO4 对泵浦光有较高的吸收系数和更大的受激发射截面。激光二极管泵浦的 Nd:YVO4 晶体与 LBO,BBO,KTP 等高非线性系数的晶体配合使用，能够达到较好的倍频转换效率，可以制成输出近红外、绿色、蓝色到紫外线等类型的全固态激光器。与 Nd:YAG 相比，Nd:YVO4 最大的优势在于更宽的吸收带宽范围内，具有比 Nd:YAG 高 5 倍的吸收效率，而且在 808nm 左右达到峰值吸收波长，完全能够达到当前高功率激光二极管的标准。这使得我们可以利用更小的晶体来制造体积越来越小的激光器。同时还意味着激光二极管可以用较小的功率输出特定的能量，从而延长了其使用寿命。Nd:YVO4的吸收带宽可达 Nd:YAG 的 2.4-6.3 倍，这一特性同样具有巨大的开发价值。除了较高的泵浦效率外，在二极管的规格上提供了更大的选择空间，这将为激光器生产商节省更多的制造成本。 Nd:YVO4在 1064nm 和 1342nm 处具有较大的受激发射截面。在 Nd:YVO4的 a 轴方向 1064nm 波的受激发射截面约为 Nd:YAG 的 4 倍，而 1342nm 的受激发射截面可达 Nd:YAG 在 1.3um 处的 18 倍，故 Nd:YVO4 1342nm 激光的连续输出效率要大大超过 Nd:YAG，这使得 Nd:YVO4激光的两个波长都可以更容易保持一个较强的单线激发。 Nd:YVO4的另一重要特点是它属单轴晶系，仅发射线性偏振光，因此可以避免在倍频转换时产生双折射干扰，而 Nd:YAG 是高匀称性的正方晶体，无此特性。虽然 Nd:YVO4 的荧光寿命比 Nd:YAG 短 2.7 倍左右，但是因为 Nd:YVO4 具有较高的泵浦量子效率，所以在设计理想的光腔中仍然可获得相当高的斜率效率。【实验装置】本实验采用北京杏林睿光科技有限公司生产的 RLE-CA01 型半导体泵浦固体激光综合实验装置，主要仪器包括泵浦源、耦合透镜、激光晶体（Nd:YAG 和 Nd:YVO4）、倍频晶体（KTP）、调 Q 晶体（Cr4+:YAG）、输出镜（3 片，透过率分别为 1%，3%，8%）、准直激光器（可见红光，650nm）、功率计、红外显示卡等

半导体泵浦圆体激光综合实验按面板上的调零键清零。图227用红外显示卡观察红外光缓慢调节电流旋钮，并观察激光功率计示数，当功率计示数刚有变化时，记录此时的电流值，此值即为LD激光器的工作电流阅值。此后，每隔0.20A测量一组数据，直至功率大于1500mv。 2.调节准直激光器输出平行光。在导轨最左端安装并周定准直激光器，将激光晶体Nd:YAG安装到导轨中部，在导轨上前后移动品体，观察准直激光器打在品体上的位置是否变化，以此判断准直激光是否平行于导轨。准直激光器安装在四维调整架上，顶部和侧面有平移微调旋钮，后面有左右和上下倾角微调旋钮。微调准直激光器的倾角，使其平行于导轨。在准直激光器和激光品体之间安装输出镜(3%)，调节准直激光器的平移旋钮，使激光束穿过输出镜的中心（注意观察输出镜的反射光点）。再调节激光品体的平移旋钮，使激光穿过品体中心。前后移动晶体，再次检查激光束是否平行。如激光始终能穿过晶体中心，则准直激光调节完成。在后面的实验中，准直激光器的非常重要，不要有任何的调整和移动。如有破坏，所有器件全部重新调整。 3. 调节激光器的诰振腔。以准直激光为参考，根据其他器件反射光点的位置，逐步调节所有器件，使激光照射到器件上的反射光能原路返回，刚好回到激光器的出光孔，说明该器件的端面垂直于激光束，也就是说。可保证所有器件的端面相互平行。 ≈20mm≈15mm ≈80mm 波器泵浦激光器尾纤输出端耦合系统Nd:YAG C"YAG输出镜探测器准直器图22.8泵浦激光器实验装置图保留准直激光器和导轨最右端的泵浦源光纤输出端，固定其位置，取下其他器件，调节光纤的平移旋钮，使激光直接照射到光纤端面上。此时，注意观察从光纤端面反射回准直激光器上的光斑，光斑的位置可由光纤头的平移旋钮调节，使其与准直激光器的出光孔同心。调好后，应该 139

半导体泵浦固体激光综合实验 139 按面板上的调零键清零。图 22.7 用红外显示卡观察红外光缓慢调节电流旋钮，并观察激光功率计示数，当功率计示数刚有变化时，记录此时的电流值，此值即为 LD 激光器的工作电流阈值。此后，每隔 0.20A 测量一组数据，直至功率大于 1500mw。 2．调节准直激光器输出平行光。在导轨最左端安装并固定准直激光器，将激光晶体 Nd:YAG 安装到导轨中部，在导轨上前后移动晶体，观察准直激光器打在晶体上的位置是否变化，以此判断准直激光是否平行于导轨。准直激光器安装在四维调整架上，顶部和侧面有平移微调旋钮，后面有左右和上下倾角微调旋钮。微调准直激光器的倾角，使其平行于导轨。在准直激光器和激光晶体之间安装输出镜（3%），调节准直激光器的平移旋钮，使激光束穿过输出镜的中心（注意观察输出镜的反射光点）。再调节激光晶体的平移旋钮，使激光穿过晶体中心。前后移动晶体，再次检查激光束是否平行。如激光始终能穿过晶体中心，则准直激光调节完成。在后面的实验中，准直激光器的非常重要，不要有任何的调整和移动。如有破坏，所有器件全部重新调整。 3．调节激光器的谐振腔。以准直激光为参考，根据其他器件反射光点的位置，逐步调节所有器件，使激光照射到器件上的反射光能原路返回，刚好回到激光器的出光孔，说明该器件的端面垂直于激光束，也就是说，可保证所有器件的端面相互平行。图 22.8 泵浦激光器实验装置图保留准直激光器和导轨最右端的泵浦源光纤输出端，固定其位置，取下其他器件，调节光纤的平移旋钮，使激光直接照射到光纤端面上。此时，注意观察从光纤端面反射回准直激光器上的光斑，光斑的位置可由光纤头的平移旋钮调节，使其与准直激光器的出光孔同心。调好后，应该

近代物理实验讲义能看到反射光斑中有一组干涉同心圆环（看不到可适当调节光纤头的倾角旋钮），同心圆环的位置由光纤头的倾角旋钮调节。反复调节光纤头的位置和倾角，使反射光斑和干涉圆环的中心与准直激光器的出光孔同心。在光纤头前端插入耦合镜，使其距离光纤头约15cm,调节其平移旋钮，使激光穿过透镜后，射在光纤中心。把桐合镜尽量贴近光纤头，固定位置，依据耦合镜反射回激光器的光点，调整耦合镜的倾角旋钮，并使得反射光回到准直激光器出光口。打开泵浦源，调节其电流至0.504，用红外显示卡观察耦合透镜聚焦后的红外光线，找到其焦点位置，将激光晶体NdYAG装到五维调整架上（注意取放激光品体时戴一次性手套），安装在耦合透镜左侧，使其右端面刚好在焦点位置（此步骤的精度决定了泵浦激光器的最大功率），保证泵浦源的红外光线能糕合进激光品体。关闭系浦源，移开探头，调节晶体的倾角旋钮，使其端面垂直于激光束。在品体左侧安装输出镜，输出镜与品体的距离（腔长）为8©m,调节其领角旋钮使其端面垂直于激光束。打开泵浦源，调节其电流至1.60，用红外显示卡观察输出镜左侧有无的红外激光输出。如果没有，可微调输出镜的倾角旋钮，使其反射光在准直激光器出光孔附近扫描，同时观察红外激光器是否出光。红外激光器出光后，用探头挡住准直激光器（尽量不要让泵浦源的红外激光照射进准直激光器)，调节输出镜的倾角，使激光光点尽量接近圆调节泵浦源电流至160，调节探头的高度和位置，使其能全部接收输出的激光，打开功率计电源（开关在背后），挡住红外激光，按面板上的调零按钮，将此时的光功率置为零。调节输出镜的倾角，使激光功率最大。然后，从最右侧光纤头开始，微调光纤头、耦合镜和品体所有旋钮以及输出镜的倾角旋钮，使激光功率达到最大。激光器的调节完成。 4.红外周体激光器特性测量。分别更换输出镜为1%、8%，测量其。最佳腔长的测量。选择物出功率最大的输出片，分别测量不同腔长时的最大输出功率。首先测量8cm时的输出功率，然后移开探头，观察准直激光反射光点的位置，减小腔长为7cm,调节反射光点回到刚才的位置，测量泵浦激光的最大输出功率。继续改变腔长，412cm,每Icm测量 1次。半导体泵浦周体激光器功-功转换效率的测量。改变腔长至最佳并调节输出镜使激光输出功率最大，减小泵浦电流至阂值（刚好不出光），每增加0.20A测量一次输出功率，直至电流大于2.00A. 更换激光品体为Nd:YVO4.,分别测量1.60A时不同输出镜的输出功率选择最合适的输出镜，测量其功功转换效率。 5.被动调Q实验。用3%输出镜，Nd:YVO,品体，最佳腔长，1.60A泵浦电流，调节至最大输出功率。在激光

近代物理实验讲义 140 能看到反射光斑中有一组干涉同心圆环（看不到可适当调节光纤头的倾角旋钮），同心圆环的位置由光纤头的倾角旋钮调节。反复调节光纤头的位置和倾角，使反射光斑和干涉圆环的中心与准直激光器的出光孔同心。在光纤头前端插入耦合镜，使其距离光纤头约 15cm，调节其平移旋钮，使激光穿过透镜后，射在光纤中心。把耦合镜尽量贴近光纤头，固定位置，依据耦合镜反射回激光器的光点，调整耦合镜的倾角旋钮，并使得反射光回到准直激光器出光口。打开泵浦源，调节其电流至 0.50A，用红外显示卡观察耦合透镜聚焦后的红外光线，找到其焦点位置，将激光晶体 Nd:YAG 装到五维调整架上（注意取放激光晶体时戴一次性手套），安装在耦合透镜左侧，使其右端面刚好在焦点位置（此步骤的精度决定了泵浦激光器的最大功率），保证泵浦源的红外光线能耦合进激光晶体。关闭泵浦源，移开探头，调节晶体的倾角旋钮，使其端面垂直于激光束。在晶体左侧安装输出镜，输出镜与晶体的距离（腔长）为 8cm，调节其倾角旋钮使其端面垂直于激光束。打开泵浦源，调节其电流至 1.60A，用红外显示卡观察输出镜左侧有无的红外激光输出。如果没有，可微调输出镜的倾角旋钮，使其反射光在准直激光器出光孔附近扫描，同时观察红外激光器是否出光。红外激光器出光后，用探头挡住准直激光器（尽量不要让泵浦源的红外激光照射进准直激光器），调节输出镜的倾角，使激光光点尽量接近圆。调节泵浦源电流至 1.60A，调节探头的高度和位置，使其能全部接收输出的激光，打开功率计电源（开关在背后），挡住红外激光，按面板上的调零按钮，将此时的光功率置为零。调节输出镜的倾角，使激光功率最大。然后，从最右侧光纤头开始，微调光纤头、耦合镜和晶体所有旋钮以及输出镜的倾角旋钮，使激光功率达到最大。激光器的调节完成。 4．红外固体激光器特性测量。分别更换输出镜为 1%、8%，测量其。最佳腔长的测量。选择输出功率最大的输出片，分别测量不同腔长时的最大输出功率。首先测量 8cm 时的输出功率，然后移开探头，观察准直激光反射光点的位置，减小腔长为 7cm，调节反射光点回到刚才的位置，测量泵浦激光的最大输出功率。继续改变腔长，4-12cm，每 1cm 测量 1 次。半导体泵浦固体激光器功-功转换效率的测量。改变腔长至最佳并调节输出镜使激光输出功率最大，减小泵浦电流至阈值（刚好不出光），每增加0.20A测量一次输出功率，直至电流大于2.00A。更换激光晶体为 Nd:YVO4，分别测量 1.60A 时不同输出镜的输出功率。选择最合适的输出镜，测量其功-功转换效率。 5．被动调 Q 实验。用 3%输出镜，Nd:YVO4 晶体，最佳腔长，1.60A 泵浦电流，调节至最大输出功率。在激光