基于半导体泵浦激光器的光学二倍频研究目的和意义

半导体泵浦532nm 绿光激光器由于具有波长短，光子能量高，体积小，效率高，可靠性高，寿命长，在水中传输距离远和对人眼敏感等优点，近几年在光谱技术，激光医学，信息存储，彩色打印，水下通讯等领域展示出极为重要的作用，从而成为各国研究的热点。 半导体泵浦532nm 绿光激光器适用于大学近代物理教学中的非线性光学实验。本实验以808nm 半导体激光泵浦Nd 3+: YVO 4激光器为研究对象，在激光腔内插入倍频晶体KTP ，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。

一、实验目的

1、 掌握光路调整基本方法，观察横模，测量输出红外光与泵浦能量的关系，斜效率和阈值；

2、 测量半导体激光器注入电流和功率输出的变化关系，了解激光原理及倍频等激光技术。

二、实验原理

光与物质的相互作用可以归结为光与原子的相互作用。爱因斯坦从辐射与原子的相互作用的量子论观点出发提出：在平衡条件下，这种相互作用过程有三种，也就是受激吸收，受激辐射和自发辐射。

假定一个原子，其基态能量为E 1，第一激发态的能量为E 2，如图1所示。如果原子开始处于基态，在没有外界光子入射时，原子的能级状态将保持不变。如果有一个能量为2121hv E E =-的光子入射，则原子就会吸收这个光子而跃迁到第一激发态。原子的跃迁必须符合跃迁选择定则，也就是入射光子的能量21hv 等原子的能级间隔21E E -时才能被吸收（为叙述的简单起见，这里假定自发辐射是单色的）。

激发态的寿命很短，在不受外界影响时，它们会自发地返回到基态并发射出光子。自发辐射与外界作用无关，由于原子的辐射都是自发地，独立地进行的，所以不同原子发射的光子的发射方向和初相位都是随机的，各不相同的，如图2所示。

如果有一个能量为2121hv E E =-的光子入射，则原子就会在这个光子的激励下产生新的光子，即引起受激辐射，如图3所示，受激辐射发射的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和初相位完全相同。激光就是受激辐射过程产生的。

听我娓娓道来.

首先,激光的英文叫Laser light amplification by stimulated emission of radiation.就是通过受激发射实现光放大.

光通过谐振腔的选模作用和增益介质的放大作用,经过震荡和放大,实现拥有单色性、准直性、相干性非常好的光束,这个就是激光.

激光器有很多种类型,但他的必要组成部分无外乎：谐振腔、增益介质、泵浦源.

形成激光的一个重要条件是,粒子数反转,就是导带的粒子数密度大于价带（半导体）或高能级的粒子数密度大于低能级（气体或固体）,激光的现象就是在这样一种偏离了平衡态的稳态.

半导体激光器比起固体激光器和气体激光器,结构上还是有很大区别的.半导体激光器一般是三层或多层异质结结构,这样由于折射率的的内大外小自然构成了光约束,又由于异质结结构形成的量子井结构（最早的半导体激光器不是量子井结构的,随着MBE的半导体加工技术的应用,单井和多井结构得以实现）,对载流子形成了约束,使受激发射大都发生在增益介质的带边,这样就大大提高了激光器的效率.半导体激光器是电泵浦的,不同于气体激光器或固体激光器的光泵浦.

半导体激光器的工作过程是这样的,由于外加电场的作用,载流子开始移动,由于量子井的存在,载流子开始在量子井中堆积,然后一部分导带的电子会自发跃迁回价带放出一个能量等于带隙宽度（band gap）的光子,这个过程叫自发发射,一部分自发发射的光子会被吸收,再放出两个光子,这个过程叫受激发射,这样自发发射的光子成为了最初的泵浦光,然后不断的发生受激发射,受激发射的光子会在增益介质中不断震荡,不断的使更多的光子受激发射出来,当外加电场强度达到粒子数反转所需强度之后一段时间,便会有稳定的激光输出了.

————————

这个过程当中有很多很多细节问题,不明白可以问我.

---