GCS-DPSL 固体激光原理与技术综合实验

本实验为典型的激光原理与技术综合实验，其内容覆盖了构造固体激光器谐振腔、斜效率研究、激光被动调 Q、 激光倍频等多个知识点，内容丰富，训练全面，系统接近实际应用。本实验仪器用具的选择和设计具有很大的开放性， 实验内容可根据教师需求发展成为不同方向的设计性实验，如激光器谐振腔稳定性研究，腔长对转换效率的影响， 研究倍频效应等实验，既适合于教学研究，又可作为理论和实践相结合的设计性实验。

 ◆ 涉及课程：

激光原理与技术、光电子学、激光光学

◆ 实验内容：

·808nm 半导体泵浦光源的 I-P 曲线测量及阈值研究

·1064nm 固体激光谐振腔设计与调整

·1064nm 固体激光输出模式调整及变化研究

·1064nm 固体激光输出功率测量及斜效率曲线研究

·固体激光腔内倍频 532nm 调整观察，匹配角与倍频效率关系研究

·固体激光腔内被动调 Q 搭建

·调 Q 脉冲输出重频、脉宽测量以及变化规律研究

1. 固体激光器阈值及功 - 功转换效率的测量及研究

◆ 知识点：

固体激光器、半导体激光器、泵浦、激光器谐振腔、阈值、功 - 功转换效率

◆ 实验内容：

（1）掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法

（2）学会测量阈值及功 - 功转换效率

（3）研究腔长对阈值及功 - 功（泵浦光功率 - 输出激光功率）转换效率的影响

◆ 实验原理：

本实验采用 2W 半导体激光器作为泵浦（抽运）光源，光束整形后输出，通过透镜耦合，以端面泵浦的方式聚 焦至激光晶体。激光器通过谐振腔稳定性设计，采用平凹腔输出 1064nm 激光，可进行阈值与功 - 功（泵浦光功率 - 输出激光功率）转换效率的测量。

◆ 原理示意图：

2. 激光器倍频效应的研究

◆ 知识点：

激光器谐振腔、倍频晶体、倍频效应

◆ 实验内容：

（1）了解固体激光器倍频的基本原理

（2）研究倍频效应

◆ 实验原理：

在上述激光谐振腔内插入 KTP 晶体，进行腔内倍频，可产生 532nm 激光。

◆ 原理示意图：

LD 耦合系统 Nd:YAG KTP 输出镜

功率计 准直器

3. 激光被动调 Q 的研究

◆ 知识点：

被动调 Q、可饱和吸收晶体、脉冲宽度、重复频率

◆ 实验内容：

（1）掌握固体激光器被动调 Q 的工作原理

（2）进行调 Q 脉冲的测量

◆ 实验原理：

将 Cr4+:YAG 晶体放入上述激光谐振腔内被动调 Q 产生脉冲激光，可测量不同泵浦光功率下的脉冲宽度和重复 频率，了解其变化趋势。

◆ 原理示意图：

◆ 效果图：

               激光脉宽测量图                                                  倍频效果图

◆ 技术指标：

·泵浦源组件：

TO3 封装温控泵浦源 λ=808nm，精度 ±5nm，P=2W，TO3 封装，TEC 控制，包括快轴整形；温控电源 工作 电流 0-2.3A 可调；（I 型配置）

光纤耦合激光器：λ=808nm，P>2W，芯径 105um， PVC 光纤保护套，集成 TEC 制冷，集成 RT，光纤接头 SMA905，光纤长度 50cm，一体式电源设计；（II 型配置）

·激光晶体 :

Nd3+:YAG 晶体 Φ3*5mm，S1：AR@808nm&HR@1064nm,S2：AR@1064nm；四维可调；

Nd:YVO4 晶体 3×3mm，S1：AR@808nm&HR@1064nm,S2：AR@1064nm；四维可调；（II 型增配）

·耦合系统：

透镜组耦合：1：1 耦合，Φ16*40，二维可调；（I 型配置）

光纤聚焦镜：适用波长 800-1100nm，光纤输入接口 SMA，1：1 倍率，工作距离 46mm，二维精密可调；（II 型配置）

·激光输出镜 :Ф20mm T=3%@1064nm、8%@1064nm，二维可调；

·被动调 Q 晶体：Cr4+:YAG 晶体，Φ7x1mm，AR@1064nm，四维可调；

·倍频晶体：KTP 3*3*5mm，AR@1064nm，五维可调；

·红外激光显示片：激发波段 800-1400nm，发射波长 585nm，感光面 30*50mm；

·激光功率指示器：标定波长 808nm、1064nm，最大量程 2W；

·快速光电探测器：上升时间 0.5ns@Vp-p, 测量波长范围 850-1700nm，响应度 0.00094mV/uW，靶面直径 0.075mm， 耦合方式 DC 耦合，12V 积层电池供电。

·光轴指示激光：中心波长 650nm，2.5mW，四维可调；

·激光防护镜：防护波段 1064&532nm，OD6+@200-560nm&740-1200nm；

·掀盖式激光安全防护机箱：外形尺寸 850*300*230mm，光、电隔离分舱设计，外表面黄色烤漆美观处理，内表面 黑色吸光漆面处理，一体式铝合金底座板牢固稳定；

·精密光学导轨承载系统：600mm（长）×100mm（宽），适用于 GCM 系列机械调整部件，中心高 50mm；

·精密机械调整架：角度精度 ±4′，分辨率 0.005mm，调节机构保证等双轴等高，横向偏差 1′，纵向偏差 1′；

·光学元件：BK7 A 级精密退火材料，焦距 ±2%，直径 -0.2mm，中心偏差 3′，光圈 1-5；局部误差 0.2-0.5，面 粗糙度 60/40（Scratch/Dig），氟化镁增透膜镀膜，有效孔径 90%；

◆ 设备成套性：

半导体激光器泵浦源、探测器、半导体激光器、耦合系统、半导体红光准直器、激光上转换片、激光晶体

Nd:YAG、激光输出镜、被动调 Q 晶体 Cr4+:YAG、KTP 倍频晶体、功率指示计

◆ 必备设备：

示波器

◆ 选配清单：

光学平台、光学清洁箱、光学存储干燥箱、实验设备展板

◆ 建议课时：

5 课时

固体激光和频套件（可选）

经过和频输出的激光输出波段在紫外区（10nm~400nm），它使用固体激光材料做为工作物质，在光数据储存、 光刻技术、光盘控制、微加工、大气探测、微电子学、光化学、光生物学以及医疗等领域有广泛的应用。

◆ 知识点：

紫外激光器、和频效应

◆ 实验内容：

紫外和频 355nm 激光调试及研究

◆ 实验原理：

在固体激光器被动调 Q 后，先采用腔内倍频的方式对基频光进行倍频，之后通过一个聚焦透镜将倍频光和基频 光一起聚焦到和频晶体中进行和频，可产生 355nm 的三倍频激光。

◆ 原理示意图：

◆ 效果图：

◆ 技术指标：

·和频晶体：LBO, 3*3*10mm，四维可调；

·紫外二相色输出系统：Φ12.7mm，355nm 高反，532nm1064nm 高透；

·精密机械调整架：角度精度 ±4′，分辨率 0.005mm，调节机构保证等双轴等高，横向偏差 1′，纵向偏差 1′；

·光学元件：BK7 A 级精密退火材料，焦距 ±2%，直径 -0.2mm，中心偏差 3′，光圈 1-5；局部误差 0.2-0.5，面 粗糙度 60/40（Scratch/Dig），氟化镁增透膜镀膜，有效孔径 90%；

◆ 设备成套性：

LBO 晶体、分色输出组件、聚焦组件、讲义资料

◆ 选配清单：

光学平台、光学清洁箱、光学存储干燥箱、实验设备展板

◆ 建议课时：

2 课时