808nmLD泵浦固体激光器及调Q实验研究

梅映雪 赵洪霞 王敬蕊 丁志群 程培红

摘 要 调Q技术可使激光输出峰值功率达到Mw量级以上，半峰值带宽压缩到皮秒量级，在工业生产、军事和医学领域应用广泛。目前，808nm LD泵浦固体激光器及调Q实验已经成为光电相关专业的首选实验。本文针对具体实验过程中，静态激光输出难度大，功率相对较低和难于实现调Q等关键问题，提出了简单易行，可操作性强的步骤方法，并取得了较好的实验效果。

关键词 静态激光 LD泵浦 固体激光器 激光输出 调Q

中图分类号：TN248.1 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.02.020

Experimental Study on 808nm LD Pump Solid Laser and Q-modulation

MEI Yingxue， ZHAO Hongxia， WANG Jingrui， DING Zhiqun， CHENG Peihong

（Electronic and Information Engineering College， Ningbo University of Technology， Ningbo Zhejiang 315016）

Abstract Q-modulation technology can enable laser output peak power to reach Mw magnitude and pulse width with picosecond magnitude， which is widely used in industrial production， military and medical fields. The 808nm LD pump solid laser and Q-modulation experiment have become the first choice experiments for optoelectronic related majors. Aiming at the difficulty of static laser output， low power and other key problems such as Q adjustment， this paper puts forward a simple and feasible method， and obtains a good experimental result.

Keywords Static laser； LD pump； solid lasers； Laser output； Q-modulation

0 引言

全固態808nm半导体激光器泵浦调Q激光器由于具有体积小、易于集成和装调方便等优点，被广泛用于科研、农业、工业生产等领域。因此，LD泵浦调Q固体激光器实验已然成了光电相近专业必设的一个首选实验。通过该实验操作不但可以使学生对LD泵浦固体激光器调Q设计原理有更好的理解，同时掌握光路的调节和输出功率的测量方法；但自本校学生于2014年开设此实验项目以来，学生普遍反映实验中静态激光输出光路调节困难、输出功率偏低，严重影响调Q效果。为了提升实验成功率和调Q效率，本课题组同学经过反复实验摸索和分析讨论，最终找到了实验光路调节困难和实验结果不理想的问题所在，针对问题提出了多种解决办法，并获得了最佳的解决方法，使实验过程中激光输出更容易，调Q效果更好。

1 实验装置及原理

实验系统由北京方式科技责任有限公司提供，如图1所示。整个实验系统采用轴向泵浦方式，包括： 1半导体泵浦激光器、2聚焦透镜、3准直透镜、4工作物质、5倍频晶体（KTP晶体）、6调Q晶体和7输出镜等构成。

808nm半导体激光器发出的红色方形泵浦光光斑经聚焦透镜和准直镜后耦合到工作物质上，在泵浦光的作用下，工作物质中的粒子通过受激辐射产生大量的1.06um的光子，在经倍频晶体的非线性作用转换成0.53um的光子，当固体激光器谐振腔内满足激光产生的阈值条件后绿光形成自激振荡连续输出。

根据调Q技术的机理，在静态激光输出的实验操作中，关键问题是：（1）如何精准确定工作物质的位置，使泵浦光位于其内部；（2）如何提高泵浦光耦合使效率达最大。

2 光路调整的具体方法

2.1 泵浦光的选择和高效耦合

本实验系统要在静态激光腔内插入倍频晶体和调Q晶体、引入插入损耗，所示选择输出功率较强的808nm大功率激光器作为泵浦源。25℃下的I-P特性和驱动电流为1安培情况下的T-P特性曲线如图2所示。

由图2可知，808nm半导体泵浦激光源的输出功率与驱动电流成很好的线性关系，且随着温度的升高，输出功率呈非线性增大，在28℃时存在最佳值。

本实验选择632.8nm红光半导体激光器作为参考光源，因808nm半导体激光器已经由厂家经过校准与中心轴线平行且固定于导轨上。参考光的准直过程可通过调节其二维旋钮使红光对准808激光器中心位置。然后将小孔光栏置于参考光途径光路，同时使参考光斑中心通过小孔。

本实验系统的关键操作之一是泵浦光的耦合，耦合效果直接决定绿光输出强度和调Q技术的实现。具体操作方法为聚焦透镜靠泵浦光源放置，并通过微调其上二维旋钮使泵浦光相对小孔光阑对称，然后在其后放置准直透镜，同样调节其二维调节螺丝使参考光位于泵浦光的中心如图3所示，并找到泵浦光经过两个透镜后的焦点位置：在焦点位置放置纸片，汇聚光能会点燃纸片。

2.2 工作物质位置的精准确定

本操作也是本实验过程的关键一环，泵浦光的耦合效率直接影响绿光的输出强度及调Q的成败。将工作物质置于导轨上泵浦光的焦点位置附近，并调节其上二维旋钮使泵浦光位于晶体中心，同时关闭参考光，微调工作物质在导轨上的位置，使聚焦光斑中心成白色亮线，且最亮后，固定工作物质。打开参考光，调节二维微调螺丝使由工作物质返回到小孔的参考光位于小孔光阑中心。

2.3 绿光输出及调Q

工作物质后放置输出镜，通过调节其上二维旋钮使由其反射的参考光通过小孔中心。然后将KTP晶体插入工作物质和输出镜之间，通过调节KTP上的旋转盘，达到角度匹配，并有绿光输出。如图4所示。

3 实验结果和分析

通过改变808nm泵浦激光器LD的驱动电流，同时选择带遮光筒的光功率计监测输出光功率，最后利用Excal软件拟合得到改变实验方法前后激光器驱动电流与输出光功率之间的关系曲线（如图6所示）。

由图6可知，改变方法后输出光功率明显提升。证明学生创新团队提出的提高LD泵浦固体激光器和调Q实验输出功率的方法是高效的，且具有很好的可操作性。

4 结论

LD泵浦全固态调Q激光器具有结构紧凑、转换效率高、寿命长、易于集成和装调方便等优点，广泛应用于工业、科研和医疗等诸多领域。本文针对本科学生具体实验过程中存在的光路调节困难和输出功率低等问题，提出了简单易行的解决方案。通过本专业学生的具体验证，效果良好。

基金项目：王伟明助创基金资助（项目编号：2017002）

参考文献

[1] 郑权，赵岭，檀慧明.LD泵浦的高性能Nd：YVO4/LBO绿激光器[J].半导体光电，2001.22（4）：281-283.

[2] 温午麒，傅汝廉，孙建堂.LDA端泵电光调Q Nd：YAG激光器[J].光电子·激光，2002.13（17）：994-996.

[3] 杨昆，张宁，李港，瞿峰.单管LD泵浦的高效紧凑连续绿光激光器[J].激光杂志，2012.3（2）：6-7.

[4] 周建华，兰岚，余学才.泵浦激光器综合实验建设[J].实验技术与管理，2014.31（8）：78-81.

[5] 杜丹，夏騰，陶宗慧，赵崎策.LD侧面泵浦全固体激光器实验系统的研究[J].科技创新导报，2014.33：16-17.

[6] 石鹏，张恒利，汪永东.高重复率电光调Q的高光束质量Nd：YV04板条激光器[J].光学学报，2004.24（5）：641-644.

[7] 赵鸿，姜东升，周寿桓.二极管抽运200HzTEMoo模Q开关Nd：YAG激光器[J].中国激光，2000.27（11）：965-968.

[8] 王卫民，高清松，庞毓.二极管侧泵浦单横模1 kHz电光Q开关激光器[J].强激光与粒子束，2000.12（1）：5-7.

[9] 宋标，马明俊，黄哗.LD泵浦SkHz电光调Q的Nd：YV04激光器[J].量子电子学报，2004.21（1）：15-17.

[10] 郑加安，赵圣之，张行愚等.LD纵向泵浦固体激光器参数优化[J].光电子·激光，2000.11（5）：257-259.

[11] 张玲，杨少辰，李文博.LD侧面泵浦Nd：YAG激光器的热效应研究[J].激光与红外，2003.33（5）：37-39.