半导体泵浦Q开关倍频激光器
LD端面泵浦的被动调Q微型激光器及其应用
LD端面泵浦的被动调Q微型激光器及其应用LD端面泵浦的被动调Q微型激光器及其应用激光器是一种将电能转化为激光光能的装置，广泛应用于医疗、通信、显示、制造和科研等领域。
在众多激光器中，LD 端面泵浦的被动调Q微型激光器因其小巧、易用和高稳定性的特点，被认为是未来激光技术发展的重要方向之一。
传统的激光器常常较为庞大，不便于携带和使用，限制了其在一些特定领域的应用。
而LD端面泵浦的被动调Q微型激光器具有紧凑的结构和较低的功耗，能够满足便携和迷你化的需求。
其主要由一个半导体激光器（LD）、激光腔、被动调Q元件和输出耦合器等组成。
在LD端面泵浦的被动调Q微型激光器中，LD作为泵浦光源，输入到激光腔中。
激光腔由激光介质、两个外腔镜和一个被动调Q元件构成。
激光介质常用的有固体、液体和气体等，其中固体激光介质具有较高的能量转换效率和较长的寿命。
外腔镜控制激光的光程，使其在腔内反射多次，增强激光的增益。
被动调Q元件的作用是控制腔内的实际光程，通过改变元件的特性，使激光器进入调Q状态，产生短脉冲激光。
输出耦合器通过调节反射率，将激光引出腔外，实现激光器的输出。
LD端面泵浦的被动调Q微型激光器具有很多优点。
首先，由于其内部结构紧凑，光路短，减小了光学损耗，提高了能量利用效率。
其次，由于采用被动调Q技术，激光器产生的脉冲宽度较窄，达到纳秒或亚纳秒级，具有极高的时间分辨率，能够用于精确测量和高速成像等应用。
此外，LD端面泵浦的被动调Q微型激光器还具有温度适应性好、寿命长、维护简便等特点。
LD端面泵浦的被动调Q微型激光器具有广泛的应用前景。
在医疗领域，被动调Q激光器可用于皮肤表面的切割和焊接。
其高时间分辨率和紧凑的结构，使其可以用于医学成像、显微镜和光学传感器等领域。
在通信领域，被动调Q激光器可以用于光纤通信的光源和调制器等。
在科研领域，被动调Q激光器可以用于光谱分析、激光防护和材料加工等。
此外，被动调Q激光器还可以用于激光雷达、太赫兹波源和光子计算等领域。
LD泵浦NdYVO4 Cr4+YAG被动调Q激光特性研究
LD泵浦Nd:YVO4 /Cr4+:YAG被动调Q激光特性研究光信息科学与技术专业指导教师摘要：半导体激光(LD)泵浦的固体激光器具有全固化、体积小、泵浦效率高等特点，在激光通讯、遥感探测、工业加工、军事、医疗等领域有着广泛的应用前景，受到人们极大的关注。
使用连续激光二极管泵浦Nd：YVO4晶体，得到1064nm 的连续红外激光输出，在激光谐振腔中加入慢饱和吸收晶体Cr4+：YAG，得到了调Q脉冲激光输出，从实验上得到了泵浦功率、Cr4+：YAG小信号透过率以及输出镜透过率对输出脉冲特别是脉冲宽度的影响，并通过数值求解速率方程对实验结果进行了理论分析，实验结果与理论模拟基本相符。
关键词：LD 泵浦；Nd∶YVO4；Cr4+∶YAG；被动调Q；脉冲宽度Characteristic of a laser diode pumped passively Q switched Nd:YVO4laser with Cr4+:YAG saturable absorberStudent majoring in optics information science and technologyHeng SunTutor Xiuqin YangAbstract：Laser-diode (LD) Pumped solid-state laser has wide applications in the fields such as laser telecommunication ,remote-sensing detection ,industry and military as wellashealthduetoitsadvantagessuchasallsolidstate,high pump efficiency,smallvolumeandlonglongevity,andhasbeen ing continuous laser diode pumped Nd: YVO4crystalgets 1064 nm infrared laser outputcontinuously.Then addingslow saturable absorbercrystals Cr4 + : YAG in the laser cavity to obtain the output of theQ-switched pulse laser. Study the influence of the pump power, output transmission and cavity length to the output pulse in particularthe influence of pulse width from experiments.Through the numerical solution of rate equation to carry on the theoretical analysis with the result of the experiment and thenumericalsolutionsoftheequationsagreewiththeexperimentalresults.Keywords:LDpumped;Nd: YVO4; Cr4+:YAG; passively Q switched;pulse width第一章前言自上世纪六十年代世界上首台激光器发明以来，各类激光器和激光技术得到了迅速的发展，其中固体激光器的发展尤为突出。
半导体泵浦激光器原理
半导体泵浦激光器原理
半导体泵浦激光器是一种特殊的半导体激光器。
相对于其他激光器，
它的优势在于尺寸小、功率高和效率高，因此被广泛应用于光通信、
医疗、生物科技和材料加工等领域。
半导体泵浦激光器的工作原理是通过电流注入半导体材料（通常是双
异质结或量子阱结构），使得电子和空穴在材料中复合并释放出光子。
这些光子被镜子反射，反复在腔体中反射，从而产生聚集和增强的光。
相比于其他激光器，半导体泵浦激光器的优势在于其工作时不需要高
能输入激光器，因此可以实现高效率转化电能为光能。
此外，由于其
结构较小，积累的热量比其他激光器少，因此可以实现更小的散热系
统和更高的功率密度。
然而，半导体泵浦激光器也存在一些问题，其中最主要是光子漫反射
导致的散射损耗和上行波的影响。
为了解决这些问题，研究人员正在
努力改进半导体材料和腔体结构，以增加激光的强度和时间，从而实
现更高效的反射和收集。
将来，随着我们对半导体泵浦激光器的理解和知识的深入，其应用领
域可能会得到更广泛的扩展。
我们期望，随着时间的推移，人们可以
创造出更高性能、更稳定的半导体泵浦激光器，从而推动发展更广泛的应用场景。
半导体泵浦激光特性以及倍频技术
半导体激光器的频率特性以及倍频技术姓名：李方圆学号：1150730006 班级：11应物一．前言光的频率指的是光波振动的频率，频率是光的基本特性之一。
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。
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。
论文依据对半导体激光器模型的理论分析，结合激光晶体与倍频晶体特性设计了可根据半导体激光器工作条件平凹直腔与腔内倍频的稳定高效连续二．半导体激光器工作及其倍频结构实验使用808nm LD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，长度为3×3×1mm搀杂浓度3at% α轴向切割Nd:YVO4晶体作为工作介质，入射到内部的光约95%被吸收，采用Ⅱ类相位匹配2×2×5mm KTP晶体作为倍频晶体，它的通光面同时对1.064μm 0.53μm 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hvE 212 1 2 E 1(c) 光与物质作用的吸收过程E 2 1 E 2E 12 1 光聚焦成0.1μm 的细光束，使光束束腰在Nd:YVO 4 晶体内部，谐振腔为平凹型，后腔片受热后弯曲。
输出镜（前腔片）用K9玻璃，R 为50mm ，对808.5，1.064高反，0.53增透。
用632.8nm He-Ne 激光器作准直光源。
三 . 论文研究的主要内容及技术指标根据国论文的选题要求，论文的主要研究内容和关键参数如下：（1） 观察经过 KTP 倍频晶体后的现象（2） 半导体激光器的输出阈值（3） 相位匹配角四．半导体激光器工作原理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。
半导体激光器件中的多长脉冲与倍频特性分析
半导体激光器件中的多长脉冲与倍频特性分析半导体激光器件是现代光电子技术中的重要组成部分，其在通信、医学、军事等领域发挥着关键作用。
多长脉冲与倍频特性的分析是研究半导体激光器件性能的重要方面之一。
本文将从理论和实验两个角度，对半导体激光器件中的多长脉冲与倍频特性进行详细介绍。
首先，我们来看半导体激光器件中的多长脉冲特性分析。
在激光器件中，脉冲宽度是指激光的持续时间，而脉冲重复频率则是指单位时间内脉冲发生的次数。
多长脉冲的特性分析主要涉及脉冲宽度和脉冲重复频率的调节和优化。
脉冲宽度的调节是通过控制激光器件内的增益介质中的载流子寿命来实现的。
增益介质中的载流子寿命决定了激光发射的持续时间。
当载流子寿命较长时，脉冲宽度较长，激光信号持续时间长，适合用于单次探测的应用。
而当载流子寿命较短时，脉冲宽度较短，激光信号持续时间短，适合用于高速通信和成像等需要高频率脉冲的应用。
脉冲重复频率的调节是通过控制激光器件的驱动电流来实现的。
驱动电流的改变会直接影响激光的发射频率。
当驱动电流较低时，脉冲发射频率较低，适合用于低频率的应用，如医学成像。
而当驱动电流较高时，脉冲发射频率较高，适合用于高频率数据传输和高速光学通信等需求。
其次，我们来看半导体激光器件中的倍频特性分析。
倍频是指将激光波长由原始波长变短一倍，实现光的频率加倍。
倍频技术在激光器件中广泛应用于光通信、光储存和光制备等领域。
倍频特性的分析主要涉及倍频效率和倍频相位匹配的优化。
倍频效率是指倍频器件将激光波长变短的能力。
在倍频过程中，光通过非线性光学晶体或其他倍频介质，通过非线性光学效应，产生新的频率为原始频率的整数倍的光信号。
倍频效率影响着激光波长的变化程度，效率越高，倍频后的激光波长变化越大。
在倍频器件的设计中，需要考虑到光的色散特性以及倍频材料的非线性光学性能，以提高倍频效率。
倍频相位匹配是指输入激光波长与倍频晶体的相位速度匹配。
在倍频过程中，输入光的相位速度应与倍频晶体的相位速度匹配，以实现最大倍频效率。
半导体泵浦被动调Q高重频Nd_YAG激光器
第35卷，增刊红外与激光工程2006年10月V ol.35 Supplement Infrared and Laser Engineering Oct.2006半导体泵浦被动调Q高重频Nd：YAG激光器曾钦勇1，2，万勇1，2，朱大勇1，韩凯2（1.电子科技大学光电信息学院，四川成都 610054；2.西南技术物理研究所，四川成都 610041）摘要：从被动调Q固体激光器的速率方程出发，分析给出了Cr4+：YAG被动Q开关Nd：YAG激光脉冲的峰值功率、脉冲能量、脉宽及重频等相关参量表达式。
以此为基础，进行了光纤耦合输出的连续半导体激光纵向泵浦被动Q开关Nd：YAG激光器实验研究，采用不同参数Cr4+：YAG晶体作为被动Q开关，获得了不同参数的高重频脉冲激光输出。
关键词：半导体泵浦；被动调Q；高重频；固体激光器中图分类号：TN248 文献标识码：A文章编号：1007-2276(2006)增C-0177-06High repetition pulse rate diode pumped passivelyQ-switched Nd：YAG laserZENG Qin-yong1,2, WAN Yong1,2, ZHU Da-yong1, HAN Kai2(1.School of Optoelectronic Information, University of Electronic Science and Technology, Chengdu 610054, China;2.Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu 610041, China)Abstract: Based on the rate equations of passively Q-switched solid state lasers, the pulse peak power, pulse energy, pulse width and pulse repetition rate are analyzed , and their expressions are given out mathematically. At the same time, a cw diode laser end-pumped passively Q-switched Nd：YAG laser for high repetition pulse rate is studied experimentally. Different pulsed laser parameters are obtained while different Cr4+：YAG wafers are employed in the laser system..Key words: Diode pumped； Passively Q-switched； High repetition rate； Solid state lasers0 引言半导体激光器泵浦固体激光器是固体激光器走向实用化的关键和发展方向。
半导体泵浦固体激光器倍频与调Q 实验
半导体泵浦固体激光器倍频与调Q实验一、前言半导体泵浦固体激光器（Diode-Pumped solid-state Laser，DPL），是以激光二极管（LD）代替闪光灯泵浦固体激光介质的固体激光器，具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点，在光通信、激光雷达、激光医学、激光加工等方面有巨大应用前景，是未来固体激光器的发展方向。
本实验的目的是熟悉半导体泵浦固体激光器的基本原理和调试技术，以及其调Q 和倍频的原理和技术。
二、实验目的1、掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法；2、掌握固体激光器被动调的工作Q原理，进行调Q脉冲的测量；3、了解固体激光器倍频的基本原理。
三、实验原理与装置1. 半导体激光泵浦固体激光器工作原理：上世纪80年代起，半导体激光器（LD）生长技术得到了蓬勃发展，使得LD的功率和效率有了极大的提高，也极大地促进了DPSL技术的发展。
与闪光灯泵浦的固体激光器相比，DPSL的效率大大提高，体积大大减小。
在使用中，由于泵浦源LD的光束发散角较大，为使其聚焦在增益介质上，必须对泵浦光束进行光束变换（耦合）。
泵浦耦合方式主要有端面泵浦和侧面泵浦两种，其中端面泵浦方式适用于中小功率固体激光器，具有体积小、结构简单、空间模式匹配好等优点。
侧面泵浦方式主要应用于大功率激光器。
本实验采用端面泵浦方式。
端面泵浦耦合通常有直接耦合和间接耦合两种方式。
a) 直接耦合：将半导体激光器的发光面紧贴增益介质，使泵浦光束在尚未发散开之前便被增益介质吸收，泵浦源和增益介质之间无光学系统，这种耦合方式称为直接耦合方式。
直接耦合方式结构紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且容易对LD造成损伤。
b) 间接耦合：指先将LD输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。
常见的方法有：1) 组合透镜系统聚光：用球面透镜组合或者柱面透镜组合进行耦合。
2) 自聚焦透镜耦合：由自聚焦透镜取代组合透镜进行耦合，优点是结构简单，准直光斑的大小取决于自聚焦透镜的数值孔径。
半导体激光器工作原理和基本结构
半导体激光器与固体激光器旳比较
半导体激光器和固体激光器都是以固体激光材料作为工作物质旳激光器 ； 半导体激光器是电鼓励，直接把电能转化为光能，转换效率高达50%以上。固体激光器是光
鼓励，激活粒子需要吸收光能，然后产生受激振荡；半导体泵浦转化效率一般在15%左右， 灯泵浦鼓励一般在4%左右。 半导体激光器旳主要特点是:体积小、重量轻；功率转换效率高；能够经过变化温度、掺杂量、 磁场、压力等实现调谐；其缺陷是激光旳发散角较大，单色性较差，输出功率亦较小。目前 新型旳半导体激光器已经能够到达较大旳输出功率，而为了得到更大旳输出功率，一般能够 将许多单个半导体激光器组合在一起形成半导体激光器列阵，即在同一片已做好旳P一N结旳 基片上，用光刻腐蚀措施提成好几种单个器件，或将许多单个激光器排列成一定形状，然后 将它们并联或串联起来。目前已经有100WQCW线阵和s000WQCW叠阵(波长780~815五m)旳 产品上市。 固体激光器可作大能量和高功率相干光源。红宝石脉冲固体激光器旳输出能量可达千焦耳级。 经调Q和多级放大旳钕玻璃激光系统旳最高脉冲功率达10瓦。钇铝石榴石连续激光器旳输出 功率达百瓦级，多级串接可达千瓦。固体激光器利用Q开关技术(电光调制)， 固体激光器能 够得到纳秒至百纳秒级旳短脉冲，采用锁模技术可得到皮秒至百皮秒量级旳超短脉冲。因为 工作物质旳光学不均匀性等原因，一般固体激光器旳输出为多模。若选用光学均匀性好旳工 作物质和采用精心设计谐振腔等技术措施，可得到光束发散角接近衍射极限旳基横模(TEM00) 激光，还可取得单纵模激光。
半导体激光器旳应用
• 在医疗和生命科学研究方面应用：
1. 激光手术治疗。半导体激光已经用于软组织切除， 组织接合、凝固和气化。一般外科、整形外科、皮肤 科、泌尿科、妇产科等； 2. 激光动力学治疗。将对肿瘤有亲合性旳光敏物质有 选择旳汇集于癌组织内，经过半导体激光照射使癌组 织产生活性氧，旨在使其坏死而对健康组织毫无损害； 3. 生命科学研究。使用半导体激光旳“光镊”，能够 捕获活细胞或染色体并移至任意位置，已经用于增进 细胞合成、细胞相互作用等研究。
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实验四半导体泵浦Q开关倍频激光器
一、实验目的
激光器为研究对象，让学生自己动
1、本实验以808nm半导体泵浦Nd：YVO
4
手，调整激光器光路，产生1064nm激光；
2、在腔中插入KTP晶体产生532nm倍频光，观察倍频现象，测量倍频效率、相位匹配角等基本参数；
3、要求掌握测量倍频效率的方法。
二、试验仪器
半导体激光器、耦合系统、Nd:YAG晶体、KTP晶体、输出镜、Cr4+:YAG晶体、功率计、探测器、示波器
三、实验内容
1.半导体泵浦固体激光器调Q实验
本实验采用的Cr4+:YAG是可饱和吸收调Q的一种，它结构简单，使用方便，无电磁干扰，可获得峰值功率大、脉宽小的巨脉冲。
在不同的LD工作电流（1.7A、2.0A、2.3A），分别测量输出脉冲的脉宽、重频；并计算不同功率下的峰值功率，对不同功率下的输出脉冲进行对比
2.半导体泵浦固体激光器倍频实验
晶体和输出镜之间插入KTP倍频晶体，产生532nm倍频绿光。
在Nd：YVO
4
调节输出镜，LD调整架，使532nm绿光功率最大。
四、实验结果
(1)、实验数据记录：
电流（A）0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1064功率0 0 0 0 0 0.019 0.048 0.077 524功率0 0 0 0 0 0.002 0.008 0.015 电流（A）0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1064功率0.113 0.150 0.202 0.267 0.330 0.373 0.406 0.432 524功率0.022 0.030 0.040 0.049 0.060 0.072 0.088 0.100 电流（A） 1.7 1.8 1.9 2 2.1
1064功率0.461 0.485 0.506 0.525 0.555
524功率0.111 0.120 0.128 0.131 0.137
(2)、转换效率曲线：
根据散点图的曲线拟合（如下）：
η
可知，转换效率：%
18
=
24
.
(3)、实验结果记录：
记录LD电流(A)脉宽(us) 重频(kHz)
1 0.544 274.0 3.650
2 0.640 212.0 4.717
3 1.31 194.0 5.155
五、实验总结
通过本次半导体激光器特性及调制特性实验，了解了半导体泵浦固体激光器的工作原理，学会了使用辅助激光器的方法构造固体激光器谐振腔，并使其发光。
另外，还选用不同透过率腔镜，测试不同LD电流下的激光输出功率，并计算两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率。