半导体泵浦激光原理实验近代物理实验

青岛大学物理实验中心近代物理实验室

半导体泵浦激光原理实验

实验目的1

实验原理2

实验内容3

注意事项4

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半导体泵浦 0.53μm绿光激光器由于其具有波长短，光子能量高，在水中传输距离远和人眼敏感等优点。并且效率高、寿命长、体积小、可靠性好，近几年在光谱技术、激光医学、信息存储、彩色打印、水下通讯、激光技术等科学技术研究及国民经济的许多领域中展示出极为重要的应用，成为各国研究的重点。

半导体泵浦激光原理实验

本实验以 808nm半导体泵浦 Nd:YV04 （掺钕钒酸钇）激光器为研究对象，让学生自己动手，调整激光器光路，在腔中插入 KTP晶体产生 532nm倍频激光，观察倍频现象，从而对激光技术有一定的了解。

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光与物质的相互作用可以归结为光与原子的相互作用，有三种过程：吸收、自发辐射和受激辐射

E2

E1(a)

图 1 光与物质作用的吸收过程

hυ21

E2E2

E1 E1(b) (c)

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(c)(b)(a)

hυ21

E2E2E2

E1E1 E1

图 2 光与物质作用的自发辐射过程

hυ21

hυ21

E2E2

E1 E1(b)(a) 图 3 光与物质作用的受激辐射过程

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激光器主要有：工作物质、谐振腔、泵浦源组成。工作物质主要提供粒子数反转。

E1

E3

E2

图 4 三能级系统示意图

泵浦过程使粒子从基态 E1 抽运到激发态 E3 ， E3 上的粒子通过无辐射跃迁，迅速转移到亚稳态 E2 。 E2 是一个寿命较长的能级，这样处于 E2 上的粒子不断积累， E1 上的粒子又由于抽运过程而减少，从而实现 E2 与 E1 能级间的粒子数反转。

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激光产生必须有能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基态，自发辐射产生的沿轴向的光子，部分通过输出镜输出，部分被反射回工作物质，在两个反射镜间往返多次被放大，形成受激辐射的光放大即产生激光。 光学倍频：激光倍频是将频率为 ω 的光，通过晶体中的非线

性作用，产生频率为 2ω 的光。

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实验使用 808nmLD（半导体激光器）泵浦晶体得到 1.064μm近红外激光，再用 KTP 晶体进行腔内倍频得到 0.53μm的绿激光

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实验步骤

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1. 将 808nmLD固定在二维调节架上，让 632.8nm红光通过准直孔聚到折射率梯度透镜上。

2. 将 Nd:YVO4 晶体安装在二维调节架上，使红光通过晶体并切返回的光通过准直孔。

4. 将输出镜固定在四维调节架上，调节输出镜，产生 532nm倍频绿光。

6. 实验完成后，调整电位器，直到电流为零，再关闭电源。

3. 将 KTP 倍频晶体安装在调节架上，使红光通过晶体并切返 回的光通过准直孔。再接通电源，逐步调节多圈电位器，使电流逐渐增大，激光器出光。

5. 调节输出镜， LD 调节架，使 532nm 绿光功率最大，并记录数 据。

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注意事项

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1 、实验中激光器输出的光能量高，功率密度大，应避免直射

到眼睛。特别是 532nm 绿光，切勿用眼睛直视激光器的轴

向输出光束，以免视网膜受到永久性的伤害。 2 、避免用手接触激光器的输出镜，晶体的镀膜面。