实验报告-半导体泵浦激光原理

【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	rtiyishu60	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	苏州史记> 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绿激光光功率关系及转换效率

中国林业局

激励电流I/mA	300	320	340	360	380	400
降序绿激光功率/mW	0.236	0.245	0.307	0.380	0.450	0.530
升序绿激光功率/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/mW	69.5	75.4	82.1	91.2	101.3	110.5
转换效率	0.34%	0.35%	0.37%	0.44%	0.45%	0.50%

注：

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：

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图6 绿激光（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）

四川师范大学学报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或亮黄，区别于其他的红反射光点。可调节物镜四维调节架旋钮使最亮光点严格在透镜中心。固定物镜关闭LD光源并再打开准直光源，细调物镜使激光反射点与光阑中心重合。实际实验中反射光点并未能完全与小孔重合。

3、将输出镜放上轨道，打开准直光源进行校准。根据光点随输出镜旋钮扭动方向的移动，判断物镜与输出镜是否严格平行。关闭He-Ne准直光源。

4、将倍频晶体KTP放上轨道，尽量靠近物镜（增益介质），也用He-Ne光源进行准直调节。

5、关闭准直光源，打开LD泵浦光源，在输出镜与小孔间放上滤光片（滤红外）；旋动KTP晶体直至出现绿激光。细调KTP、输出镜等的调节架可使绿激光功率尽可能达到最大值。

实际实验中调节良久，测量并读取得到了如表2中的数据。为了方便可以全程打开着准直He-Ne激光器，在不需要它的时候只需要在其出射端轨道上加遮挡屏即可。

本文发布于:2024-09-20 22:56:35，感谢您对本站的认可！

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