现代光电子技术实验专题-李旭东

“现代光电子技术实验专题”实验大纲

1、实验名称：LD泵浦固体高重频调Q激光器 2、授课对象：航天学院 物理电子学 硕士研究生 3、授课教师：于欣 4、实验目的：

? 掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法； ? 了解声光调Q的工作原理及方法；

? 掌握激光器参数测量方法及相关仪器的使用。 5、实验原理：

（1）LD泵浦固体激光器

LD（Diode-Laser）泵浦的固体激光器是指用激光二极管代替闪光灯泵浦固体激光增益介质的激光器。相比于传统的闪光灯泵浦，它具有转换效率高、激光器系统的体积小、光束质量好、性能稳定、寿命长等优点。

LD发出的激光经过准直-聚焦光学系统后，在激光介质中汇聚成几百微米直径的光斑，在泵浦光的作用下将处于基态的激活粒子泵浦到激发态，以形成粒子数反转状态，受激辐射的光子在前腔镜和输出镜的反馈下在腔内往返振荡得到放大，最后经输出镜输出。

（2）声光调Q原理

声光调Q器件通常是利用声光作用下的布拉格衍射效应制作的。产生布拉格衍射条件的模型如图 1所示。当声波频率较高，声光作用长度较长，满足条件：

1

l????s2 （1） 式中?为通过声光介质光的波长，?s为超声波长。

如果光束不是垂直地入射，而是和声波波面以布拉格（Bragg）角?B入射：

Sin?B?? （2） 2?s此时将产生布拉格衍射，使介质内各级衍射光相互干涉，各高级次衍射光互相抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光。因此合理选择参数后，可使入射光能量几乎全部转移到+1（或-1级）衍射极值上，光束能量可以得到充分利用。

图 1 产生布拉格衍射条件的模型

声光Q开关器件一般由声光介质、电-声换能器、吸声材料和驱动电源组成。声光介质主要采用熔融石英、玻璃、钼酸铅等。换能器常采用石英、铌酸锂等晶体制成。吸声材料常用铅橡胶或玻璃棉等。声光Q开关器件的典型结构如图 2所示。把声光Q开关器件插入谐振腔内，当声光电源产生的高频振荡信号加在换能器上时，在声光介质中，使折射率发生变化，形成等效的“相位光栅”，当光束通过声光介质时，便产生布拉格衍射。衍射光相对于0级光有2θB角的偏离，

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这一角度完全可以使光波偏离出腔外，使谐振腔处于高损耗低Q值状态，不能产生振荡，或者说Q开关将激光“关断”。当高频信号的作用突然停止，则声光介质中的超声场消失，于是谐振腔又突变为高Q值状态，相当于Q开关“打开”。Q值交替变化一次，就使激光器输出一个调Q脉冲。

水冷式Q开关风冷式Q开关

图 2 声光Q开关的典型结构

6、实验仪器设备及装置： 1) 实验仪器：

半导体激光器、He-Ne激光器、水冷机、激光功率计、示波器、光电探测器、信号发生器、声光Q开关。 2) 实验装置：

LD端面泵浦的Nd:GdVO4激光器系统示意图如图 3所示。泵浦源采用n-LIGHT公司产的最高输出40W的879nm光纤输出的半导体激光器，输出光经准直-聚焦系统后，在Nd:GdVO4晶棒中会聚成几百微米直径的光斑。前腔镜镀对879nm的增透膜和对1063nm振荡光的高反膜，输出镜为对1063nm具有一定透过率的平面镜。受激辐射

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的1063nm光子在前腔镜和输出镜的反馈下在腔内往返振荡得到放大，最后经输出镜输出，获得连续1063nm激光输出。当腔内插入声光Q开关后，通过改变调制信号的重频，还可获得不同重复频率的1063nm脉冲激光输出。

半导体激光器激光晶棒1063nm准直-聚焦透镜组前腔镜声光Q开关输出镜L

图 3 半导体泵浦Nd:GdVO4激光器系统结构示意图

7、实验内容与要求：

1) 半导体泵浦Nd:GdVO4激光器的组装与调试，观察各参量对激光输出特性的影响。

2) 测量1063nm连续输出功率与泵浦功率的关系，计算激光器的光-光效率和斜效率。

3) 学习声光Q开关的使用及调试方法。

4) 观察脉冲重复频率对激光器性能的影响，测量不同重复频率下的平均输出功率、脉冲宽度，并计算峰值功率。 8、注意事项：

1） 任何情况下都不允许人眼直视激光，激光输出方向应放置光屏拦

截；

2） 严禁触摸激光器光纤端面，严禁用嘴吹拭任何光学元件，有灰尘

时应用吸耳球吹去；

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3） 光电探测器属于微弱信号检测设备，严禁直接用激光照射； 4） 仪器设备使用前应先了解其使用说明，严禁违规操作； 5） 实验过程中仪器设备出现问题，立即向指导老师报告，严禁私自

处理；

6） 在激光实验开始前，一定要先打开水冷机；实验结束后，最后关

闭水冷机；

7） 实验完毕，仪器设备整齐摆放，严禁乱摆乱放。 9、思考题：

1) Nd:GdVO4激光器不能正常出光，需要检查和调整哪些光学元器件？如何进行激光器的优化设计？其核心思想是什么？ 2) 如何判断一台激光器的最佳运转重频f？当激光器的重频不在最佳重频操作时，对激光器性能有何影响？

3) 试从声光Q开关的原理解释静态激光不能关断的原因，推导布拉格方程并计算布拉格角，思考如何选取声光Q开关。 4) 思考调制信号的占空比对调Q激光器性能的影响。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5kro.html