半導(dǎo)體泵浦激光原理實(shí)驗(yàn)

1、半導(dǎo)體泵浦激光原理實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解激光特別是半導(dǎo)體激光器工作原理2. 調(diào)節(jié)激光器光路，觀察倍頻現(xiàn)象，測(cè)量閾值、相位匹配等基本參數(shù)，加深對(duì)激光技術(shù)理解?！緦?shí)驗(yàn)儀器】808nm 半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體激光器可調(diào)電源、Nd:YVO4晶體、 KTP 倍頻晶體、輸出鏡（前腔片）、光功率指示儀【實(shí)驗(yàn)原理】1. 激光產(chǎn)生原理光與物質(zhì)的相互作用可以歸結(jié)為光與原子的相互作用，有三種過(guò)程： 吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。如果一個(gè)原子，開(kāi)始處于基態(tài)，在沒(méi)有外來(lái)光子，它將保持不變，如果一個(gè)能量為hv21的光子接近，則它吸收這個(gè)光子，處于激發(fā)態(tài)E2。在此過(guò)程中不是所有的光子都能被原子吸收，只有當(dāng)光子的能量正好等于原

2、子的能級(jí)間隔E1-E2 時(shí)才能被吸收。激發(fā)態(tài)壽命很短，在不受外界影響時(shí)，它們會(huì)自發(fā)地返回到基態(tài)，并放出光子。自發(fā)輻E2E2E2hv21E1E1E1(a)(b)(c)光與物質(zhì)作用的吸收過(guò)程射過(guò)程與外界作用無(wú)關(guān)， 由于各個(gè)原子的輻射都是自發(fā)的、 獨(dú)立進(jìn)行的， 因而不同原子發(fā)出來(lái)的光子的發(fā)射方向和初相位是不相同的。處于激發(fā)態(tài)的原子，在外的光子的影響下，會(huì)從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，并兩個(gè)狀態(tài)間的E2E2hv21hvhv2121E1E1(a)(b)光與物質(zhì)作用的受激輻射過(guò)程能量差以輻射光子的形式發(fā)射出去。只有外來(lái)光子的能量正好為激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能級(jí)差時(shí)，才能引起受激輻射， 且受激輻射發(fā)出的光子與外來(lái)光子的頻率

3、、 發(fā)射方向、 偏振態(tài)和相位完全相同。激光的產(chǎn)生主要依賴受激輻射過(guò)程。激光器主要有：工作物質(zhì)、諧振腔、泵浦源組成。工作物質(zhì)主要提供粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。E3E2E1三能級(jí)系統(tǒng)示意圖泵浦過(guò)程使粒子從基態(tài)E1 抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)E3，E3 上的粒子通過(guò)無(wú)輻射躍遷（該過(guò)程粒子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蚓Ц裾駝?dòng)能，但不輻射光子），迅速轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài) E2。 E2 是一個(gè)壽命較長(zhǎng)的能級(jí)，這樣處于 E2 上的粒子不斷積累， E1 上的粒子 又由于抽運(yùn)過(guò)程而減少，從而實(shí)現(xiàn) E2 與 E1 能級(jí)間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。激光產(chǎn)生必須有能提供光學(xué)正反饋的諧振腔。 處于激發(fā)態(tài)的粒子由于不穩(wěn)定性而自發(fā)輻射到基態(tài)，自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子

4、各個(gè)方向都有，偏離軸向的光子很快逸出腔外，只有沿軸向的光子，部分通過(guò)輸出鏡輸出，部分被反射回工作物質(zhì)，在兩個(gè)反射鏡間往返多次被放大，形成受激輻射的光放大即產(chǎn)生激光。2. 光學(xué)倍頻光的倍頻是一種最常用的擴(kuò)展波段的非線性光學(xué)方法。激光倍頻是將頻率為的光，通過(guò)晶體中的非線性作用，產(chǎn)生頻率為2的光?？紤]電場(chǎng)的平方項(xiàng)EE0 costP( 2)E222E02t )E0cos t(1 cos22出現(xiàn)直流項(xiàng)和二倍頻項(xiàng) cos2 t，直流項(xiàng)稱為光學(xué)整流，當(dāng)激光以一定角度入射到倍頻晶體時(shí)，在晶體產(chǎn)生倍頻光，產(chǎn)生倍頻光的入射角稱為匹配角。倍頻光的轉(zhuǎn)換效率為倍頻光與基頻光的光強(qiáng)比，通過(guò)非線性光學(xué)理論可以得到：I 22

5、sin 2( kl / 2)ILIkl / 2)(式中 L為晶體長(zhǎng)度， I 、I 2 分別為入射的基頻光、輸出的倍頻光的光強(qiáng)，k=k-2k2分別為基頻光和倍頻光的額傳播矢量?！緦?shí)驗(yàn)裝置】折射率梯度透鏡輸出鏡濾光片808LDNd : YVO 4KTP準(zhǔn)直孔He-Ne 激光器【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1 將 808nmLD 固定在二維調(diào)節(jié)架上，將 632.8nm 紅光通過(guò)白屏小孔聚到折射率梯度透鏡上。讓 632.8nm 光和小孔及 808nmLD 在同一軸線上。2 將 Nd:YVO 4 晶體安裝在二維調(diào)節(jié)架上，將紅光通過(guò)晶體并將返回的光點(diǎn)通過(guò)小孔。3 將輸出鏡（前腔片）固定在四維調(diào)節(jié)架上。調(diào)節(jié)輸出鏡使返回的光點(diǎn)通過(guò)小孔。對(duì)于有一定曲率的輸出鏡，會(huì)有幾個(gè)光斑，應(yīng)區(qū)分出從球心返回的光斑。4 在 Nd:YVO 4 晶體和輸出鏡之間插入KTP 倍頻晶體，接通電源，調(diào)節(jié)多圈電位器。5 產(chǎn)生 532nm 倍頻綠光。調(diào)節(jié)輸出鏡，LD 調(diào)節(jié)架，使 532nm 綠光功率最大?！咀⒁馐马?xiàng)】1 實(shí)驗(yàn)中激光器輸出的光能量高、功率密度大，應(yīng)避免直射到眼睛。特別是532nm 綠光，切勿用眼睛直視激光器的軸向輸出光束，以免視網(wǎng)膜受到永久性的傷害。2 避免用手接觸激光器的輸出鏡，晶體的鍍膜面，膜片應(yīng)防潮，不用的晶體， 輸出腔片用鏡頭紙包好，放