实验报告-半导体泵浦激光原理.docx

【实验数据记录与分析】 表1 光源电流与光功率关系 可调光源电流I/mA 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 808nmLD激光光功率P/mW 0.04 0.10 0.20 1.95 7.03 13.3 20.1 27.5 35.4 43.1 可调光源电流I/mA 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 808nmLD激光光功率P/mW 49.0 53.7 59.0 63.9 69.5 75.4 82.1 91.2 101.3 110.5 将数据导入Origin8.5，并拟合为平滑曲线如下： 图4 实验测得LD的PI特性曲线 由激光原理可知：工作物质一定时，LD输出激光频率与谐振腔长度和激励源强度有关，即输出频率取决于PN结温度和注入电流大小。 一般半导体激光器的发光特性如图5所示。可以看出在温度一定时，驱动电流低于阈值电流（门限电流）时，激光器输出功率趋近于零，此即为LD荧光区；只有当驱动电流高于阈值电流时才能产生激光，即为激光区，在这个区域内，输出功率随电流I的增大而迅速呈似线性式增大。 图5 半导体LD一般PI特性曲线 对比图5，从图4可看出实验测得PI曲线大致符合理论，一定程度说明数据正确性。可容易看出实验所用808nmLD的门限电流大致在70mA左右。 在激光区的线性拟合度不是很高，尤其在220mA附近。这是由于光功率计示数不稳定且波动较大，而且外光源（如台灯，走廊灯等）的影响也较大，但是不改变曲线的整体趋势。 表2激励源电流与532nm绿色激光光功率关系及转换效率 激励电流I/mA 300 320 340 360 380 400 降序绿激光功率P1/mW 0.236 0.245 0.307 0.380 0.450 0.530 升序绿激光功率P2/mW 0.236 0.289 0．307 0.430 0.480 0.571 绿激光功率平均值P/mW 0.236 0.267 0.307 0.405 0.453 0.551 808nmLD激光功率P’/mW 69.5 75.4 82.1 91.2 101.3 110.5 转换效率η 0.34% 0.35% 0.37% 0.44% 0.45% 0.50% 注：η=PP×100% 由上表数据可看出：随激励电流的增大（或者说LD光功率增大），532nm绿激光的转换效率整体上呈增加趋势。 经查阅资料，实验所得转换效率远小于一般LD泵浦激光器的转换效率。造成偏低的原因可能有： （1）透镜或出射窗有污渍影响光强输出。 （2）KTP晶体损坏（实验过程确有遇到晶体损坏，更换KTP晶体才明显看到绿色激光光功率增强）。 （3）光路调节不够准直，主要器件的光轴不在同一条水平线上。 （4）激光未能在增益介质膜中多次振荡便出射，光强增益放大不足。 （5）光功率计数值显示不稳定，LD激光输出本身也不十分稳定，测量读数会有一定误差。 再将升序、降序（对电流而言）测得的功率值以激励电流为横坐标，导入Origin8.5，并拟合为平滑曲线如下图： 图6 绿色激光（波长为532nm）的PI特性曲线 由上图可以看出，当激励电流一定时，不管是升序还是降序，测得的绿激光光功率最大值相差甚小，但整体来说，升序测得的数据略大于降序测得的数据。 因为实际实验中升序降序所取电流值一一对应，而降序过程中由于起始激励电源高，散热慢而导致光路系统（器件）温度会略高于升序时的温度。因为温度的升高会引起某些方向振动模式增益得到加强，某些方向振动模增益得到减弱。 推测：1、降序系统温度偏高，绿光532nm激光振动模式增益得到削弱所致； 2、电流一定的情况下，随着温度升高，半导体激光器LD的阈值电流增大，导致发光功率降低。 【实验总结】 本实验大致主要过程步骤为：用波长为808nm的半导体激光光源作为固体增益介质Nd:YVO4晶体的泵浦光源，从而得到波长为1064nm的红外激光，利用He-Ne激光器进行光路准直校准，使激光通过KTP倍频晶体，利用其非线性作用可得波长为532nm的绿色激光，再稍微调整晶体和透镜调节架，使得绿激光光功率为最大值，并测量记录。 最为关键和主要的步骤是光路的准直校准，具体步骤如下： 1、 将小孔光屏置于轨道上，打开准直He-Ne激光光源。将光屏从靠近He-Ne光源一端向远端移动，直至准直光能全部透过小孔。（物镜、输出镜、KTP晶体等独立非固定器件先不放在光轨上） 2、 将物镜放置在离泵浦光源距离为50mm左右的位置（物镜靠LD侧贴膜Nd:YVO4实为增益介质）。打开泵浦光源（实验设置为300mA输出电流），观察光斑是否在物镜正中心，注意中心光斑应为白色或亮黄色，区别于其他的红色反射光点。可调节物镜四维调节架旋钮使最亮光点严格在透镜中心。