理工学院 光信息2班 贺扬 10329064 合作人：余传祥
【实验目的】
1、 了解与掌握半导体泵浦激光原理及调节光路方法。
3、 掌握测量阈值、相位匹配等基本参数的方法。
【实验仪器】
808nm半导体激光器、半导体激光器可调电源、晶体、KTP倍频晶体、输出镜（前腔片）、光功率指示仪 【实验原理】
激光的产生主要依赖受激辐射过程。
处于激发态的原子，在外的光子的影响下，从高能态向低能态跃迁，并在两个状态的能量差以辐射光子的形式发出去。只有外来光子的能量正好为激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射，且受激辐射发出的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和相位完全相同。
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。
泵浦过程使粒子从基态抽运到激发态，上的粒子通过无辐射跃迁，迅速转移到亚稳态。是一个寿命较长的能级，这样处于的粒子不断累积，上的粒子又由于抽运过程而减少，从而实现与能级间的粒子数反转。
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，自发辐射产生的光子各个方向都有，只有沿轴向的光子，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。
激光倍频是将频率为的光，通过晶体中的非线性作用，产生频率为的光。
当外界光场的电场强度足够大时（如激光），物质对光场的响应与场强具有非线性关系：
式中均为与物质有关的系数，且逐次减小。
当E很大时，电场的平方项不能忽略。
,直流项称为光学整流，当激光以一定角度入射到倍频晶体时，在晶体产生倍频光，产生倍
频光的入射角称为匹配角。
倍频光的转换效率为倍频光与基频光的光强比，通过非线性光学理论可以得到：
式中L为晶体长度，、分别为入射的基频光、输出的倍频光光强。
在正常散情况下，倍频光的折射率总是大于基频光的折射率，所以相位失配，双折射晶体中的o光和e光折射率不同，且e光的折射率随着其传播方向与光轴间夹角的变化而改变，可以利用双折射晶体中o光、e光间的折射率差来补偿介质对不同波长光的正常散，实现相位匹配。
【实验装置】
图2 实验装置示意图
实验使用808nm LD泵浦晶体得到1.064近红外激光，再利用KTP晶体进行腔内倍频得到0.53的绿激光，长度为3x3x1mm掺杂浓度 3at% 轴向切割晶体作为工作介质，入射到内部的光约95%被吸收，采用类相位匹配2x2x5mmKTP晶体作为倍频晶体，它的通光面同时对1.064高透，采用端面泵浦以提高空间耦合效率，用等焦距为3mm的梯度折射率透镜收集808LD激光聚焦成0.1的细光束，使光束束腰在，谐振腔为平凹型，后腔片受热后弯曲。输出镜用K9玻璃，R为50mm，对808.5，1.604高反，0.53增透。用632.8nmHe-Ne激光器作为准直光源。
【操作步骤】
1、 将808nmLD固定在二维调节架，将红光通过白屏小孔聚到折射率梯度透镜上。让He-Ne激光和小孔及808nmLD在同一轴线上。
2、 将晶体安装在二维调节架，将红光通过晶体并将返回的光点通过小孔。
3、 将输出镜固定在四维调节架上。调节输出镜使返回光点通过小孔。对于有一定曲率的输出镜，会有几个光斑，应区分从球心返回的光斑。
4、 在和输出镜之间插入KTP晶体，接通电源，调节多圈电位器。
5、 产生532nm倍频绿激光。调节输出镜，LD调节架，使532nm绿光功率最大。
【实验数据及处理】
1. 808nmLD源电流与光功率关系：
表1. . 808nmLD源电流与光功率
I/mA | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
P/mw | 新闻出版0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 1.3 |
I/mA | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 | 170 |
P/mw | 3.5 | 6.4 | 9.3 | 12.6 | 16 | 19.3 | 22.9 | 27.3 | 31.1 |
I/mA | 180 | 190 | 200 | 210 | 220 | 230 | 240 | 250 | 260 |
P/mw | 35.5 | 39.5 | 43.3 | 47.1 | 51 | 54.1 | 57.2 | 59.7 | 62 |
I/mA | 270 | 280 | 290 | 300 | 310 | 320 | 330 | 340 | 350 |
P/mw | 64.1 | 66.6 | 68.2 | 70.4 | 72.5 | 74.7 | 77.1 | 79.4 | 82.1 |
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图3.808nmLD源电流与光功率曲线
根据激光原理，驱动电流低于阈值电流时，输出功率趋于0，只有当驱动电流高于阈值电流
时，激光器可产生激光。
观察得，此激光器的阈值电流大概在70mA处。
在做此部分实验时，一切正常，很顺利。应该和808LD源与接受器相离很近有关，相对
与下一个实验，光的损耗很小（几乎全被接受器接受到）。
2.激励源电流与532nm绿光激光光功率关系：
表2激励源电流与532nm绿光激光光功率
I/mA | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
P/mw | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
I/mA | 军警靴90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 | 170 |
P/mw | 0 | 0 | 0 | 0.001 | 0.006 | 0.009 | 0.012 | 0.013 | 0.017 |
I/mA | 180 | 190 | 200 | 210 | 220 | 230 | 240 | 赵茂辰250 | 260 |
P/mw | 0.018 | 0.025 | 0.028 | 0.035 | 0.041 | 0.05 | 0.06 | 0.075 | 0.1 |
I/mA | 270 | 280 | 290 | 300 | 310 | 320 | 330 | 340 | 350 |
P/mw | 0.104 | 0.11 | 0.123 | 0.121 | 0.127 | dppp0.136 | 0.141 | 0.141 | 0.141 |
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东城职介图4激励源电流与532nm绿光激光光功率曲线
表3激励源电流与532nm绿光激光光功率转化率
I/mA | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
转化效率 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 黄河三角洲高效生态经济区 | 0 | 0 | 0 |
I/mA | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 | 170 |
转化效率 | 0 | 0 | 0 | 7.94E-05 | 0.000375 | 0.000466 | 0.000524 | 0.000476 | 0.000547 |
I/mA | 180 | 190 | 200 | 210 | 220 | 230 | 240 | 250 | 260 |
转化效率 | 0.000507 | 0.000633 | 0.000647 | 0.000743 | 0.000804 | 0.000924 | 0.001049 | 0.001256 | 0.001613 |
I/mA | 270 | 280 | 290 | 300 | 310 | 320 | 330 | 340 | 350 |
转化效率 | 0.001622 | 0.001652 | 0.001804 | 0.001719 | 0.001752 | 0.001821 | 0.001829 | 0.001776 | 0.001717 |
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图5. 激励源电流与532nm绿光激光光功率转化率曲线
由图3可得，随着电流增大，转化效率整体呈上升趋势。此次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）光路调节不准直，主要器件的光轴不在同一条水平线上。
（2）光功率计示数上下波动，读数时会有误差。
（3）透镜或出射窗有污渍影响光强输出。
此部分实验分为两个部分：1用上一组同学调好的仪器测量激励源电流与532nm绿光激光光功率；2自己重新搭建仪器。
[实验过程中遇到的问题]：
1.当I=0时，P为0.017*10^-3mw。
分析原因：1.在测量前未调0.
2. 实验室内日光灯的影响，因为当关闭日光灯后，示数明显减小。
由于0.017*10^-3很小，当打到2mw档时，可忽略不计。
2.在第一次测量时，150mA—180mA，280mA—300mA.有不正常变化（经查资料得，正常应为线性）,第二次测量亦然。第三次150mA—180mA处恢复正常。
