### 实验报告_半导体泵浦激光原理
#### 实验目的
1. **理解与掌握半导体泵浦激光原理**：通过本实验，深入了解半导体泵浦激光的工作机制及其在现代光学技术中的应用。
2. **掌握调节光路的方法**：学会如何调整光路以达到最佳效果，这对于激光系统的优化至关重要。
3. **熟悉腔倍频技术**：了解腔内倍频的基本原理和技术要点，以及其在拓宽激光输出波长范围方面的意义。
4. **掌握测量阈值和相位匹配的方法**：学会如何测定激光器的阈值，并掌握相位匹配的技术，这是提高激光效率的关键。
#### 实验仪器
- **808nm半导体激光器**：提供泵浦光源。
- **半导体激光器可调电源**：用于调节半导体激光器的功率。
- **晶体**：用于传输和调控光路。
- **KTP倍频晶体**：用于实现光的倍频。
- **输出镜（前腔片）**：控制光的输出方向。
- **光功率指示仪**：测量激光功率。
#### 实验原理
1. **光与物质的相互作用**：包括吸收、自发辐射和受激辐射三个过程。其中，受激辐射是产生激光的基础。
- **吸收**：只有当光子能量等于原子能级间距时，光子才能被吸收。
- **自发辐射**：激发态原子自发返回基态，放出的光子方向随机。
- **受激辐射**：在外来光子的作用下，激发态原子返回基态，产生的光子与外来光子性质一致。
2. **激光器组成**：由工作物质、谐振腔和泵浦源三部分组成。
- **工作物质**：提供粒子数反转，实现激光的产生。
- **谐振腔**：提供光学正反馈，增强激光输出。
- **泵浦源**：提供能量使粒子从基态跃迁至激发态。
3. **泵浦过程**：使粒子从基态跃迁至激发态，然后通过无辐射跃迁转移到亚稳态，实现粒子数反转。
4. **激光产生机理**：处于激发态的粒子自发辐射到基态，沿轴向的光子被反射回工作物质，通过多次往返被放大，形成激光。
5. **光的倍频**：利用非线性光学效应将频率为ω的光转换为频率为2ω的光。关键在于相位匹配技术，确保基频光与倍频光之间的相位同步。
#### 实验装置
- **实验装置示意图**：通过图4展示整个实验装置的布局。
- **泵浦过程**：使用808nm LD泵浦晶体获得1.064μm近红外激光。
- **腔倍频**：利用KTP晶体将1.064μm的激光转换为0.53μm的绿激光。
- **工作介质**：采用3x3x1mm的掺杂浓度3at%轴向切割晶体，95%的入射光被吸收。
- **倍频晶体**：采用2x2x5mm KTP晶体作为倍频晶体，通光面对1.064μm高透。
- **聚焦系统**：使用等焦距为3mm的梯度折射率透镜收集808LD激光并聚焦成0.1mm的细光束。
- **谐振腔**：平凹型谐振腔，后腔片受热后弯曲。
- **输出镜**：采用K9玻璃，对808.5nm和1.604μm高反射，0.53μm增透。
#### 操作步骤
1. **808nm LD固定**：在二维调节架上固定808nm LD。
2. **He-Ne激光对准**：使用He-Ne激光器作为准直光源，确保激光与808nm LD在同一轴线上。
3. **晶体安装与调整**：将晶体安装在二维调节架上，并调整红光通过晶体。
4. **输出镜调节**：将输出镜固定在四维调节架上，并调节使其返回的光点通过小孔。
5. **倍频晶体插入与电源连接**：在谐振腔中插入KTP晶体，并连接电源。
6. **绿激光产生与调节**：调节输出镜和LD调节架，使532nm绿激光功率达到最大。
#### 实验数据记录与分析
- **表1光源**：记录实验过程中使用的光源特性及相关参数。
通过本次实验，不仅深入理解了半导体泵浦激光的工作原理，还掌握了腔倍频技术和光路调节方法，为进一步研究激光技术提供了坚实的基础。
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