夏 腾，杜 丹

长春中国光学科学技术馆，吉林长春 130117

LD侧面泵浦全固体激光器声光调Q实验的研究

夏 腾，杜 丹

长春中国光学科学技术馆，吉林长春 130117

DPSSL是LD泵浦的固体激光器的英文缩写，因为它的泵浦光是经过固体半导体激光器发出来的，所以称其为全固态激光器。DPSSL具有LD和固体激光器的优点，效率高，频率的稳定性好还有使用的寿命较长都是它的优点，这是以往传统激光器所没有的。文章完成了声光调Q实验，掌握声光调Q的原理和调试方法，并掌握相关参数的测量和计算方法。

LD侧面泵浦；全固体激光器；声光调Q

1 绪论

1.1 引言

输出功率为50W的LD侧泵的全固体激光器，它的成本在2～3万元之间，当然，随着半导体激光器价格的不断下降，这种LD泵浦的全固体激光器的价格也在随之下降。目前为止，人们对LD泵浦的固体激光器进行愈来愈广泛和深入的研究。

由于DPSSL具有强大的潜在研究价值和发展态势，所以在很多的国家已经开始广泛的研究LD泵浦的全固体激光器。一些发达国家均对此极为关注，例如美国、德国、俄罗斯和日本等，他们投入了大量资金进行研制和开发。这些年以来，我国在对DPSSL方面的研究，已经取得了丰硕的重要的研究成果。

1.2 基本原理

在声光介质传播的过程中，由于超声波是纵向的机械波，所以在传播的过程中就会引起介质密度发生变化，变化的形式时疏密交替的，于此同时，介质的折射率也会发生变化。等效的相位光栅是超声波作用的那部分介质。光栅条纹间距等于声波波长λs，弹光效应是当光波通过其该介质时，会被被介质中的弹性波所衍射，这样的效应称其为弹光效应。

而对激光谐振腔内光束方向进行调制就是利用声光介质的这种性质。当加入声光调制信号的时候，光束从腔外偏转出，不能在腔内形成振荡，这时为高损耗腔。激光上能级储存着泵浦光注入激光棒的能量，形成高粒子数反转。若去掉声光调制信号，那么光束就不可能发生偏转，则会在腔内来回往返，形成激光振荡。经过前面的不断积累，激光的阈值远远低于反转粒子束，所以瞬时形成脉冲激光输出，形成窄脉宽、高能量的激光脉冲。声光调Q 激光器工作在几千兆到几十千兆的调制频率下，便可获得重复率较高、平均功率较高的激光输出。

半导体是半导体激光器的基本组成部分，掺有电子施主和电子受主的两部分，分别形成n型材料还有p型材料。分别对n型材料还有p型材料施加正负电压，从而使电子还有空穴进入掺有n型，p型材料的结合区。电子还有空穴将在pn结重新结合。在结合的过程中，电子从高能态传输到了低能态，并且以光子的形式释放出能量。使大电流经过pn结，pn结能够发生粒子数反转。晶体平行的解离面形成的法布里-珀罗谐振腔能够提供光学反馈，使得激光二极管的增益会很高，激活材料只需不长的一段，便可形成较强的受激辐射。

高功率激光二极管作为泵浦源的进步，在固体激光器中主要体现在量子阱结构的研发上。量子阱是具有较大带隙的两层半导体之间的薄层半导体。在这种结构中，在厚度小于0.02μm的外延层（量子阱）出现激光发射。量子阱中Ga与Al的成分决定其发射激光的波长。Al的浓度越高，带隙就会越大，输出波长就越短。

2 实验分析

声光盒的选择

熔石英、钼酸铅还有超重火石玻璃等等多种材料都可做为声光材料使用。据我们实验的实际情况需要，来进行选择。本套实验系统需完成布拉格衍射，所需晶体选择如下。

声光材料性能的品质因数等好坏，主要由以下三个参数决定：

1）M2：表示的是材料的调制效率。M2=n6p2/ρV3s，η=Il/Ii为调制效率，η∝M2ps，可见M2越大，则ps就会越小。

2）M1：代表布拉格带宽的品质因数。当光波、声波波长发生变化的时候，布拉格角θBa随之改变，进而衍射效率降低。在布拉格衍射中，一级衍射光强下降到声波声波λS的衍射光强一半等时候，此时声频变化量Δfs为布拉格带宽，Δfs=1.8nV2s/πλLfs。引入M1，使M1= nV2s*M2=n7p2/ρVs。3）M3：是声速快慢的一个参数。声光器件进行声光偏转的时候，要使材料声速尽量控制很小，M3=M1/ VS=n7p2/ρV2s。

通过以上的描述，声光材料的上述要求其中一些是矛盾的，应具体问题进行具体的分析，选用最合适的声光材料。布拉格衍射，要求M1，M2，M3都是越大越好的声光材料，本套实验系统采用的是熔融石英。熔融石英化学性能稳定，热稳定性好，较耐酸碱、耐高温、耐磨、膨胀系数较小、纯度较高、绝缘性好，利于延长实验系统的使用寿命。

本套实验系统选用的声光盒适用激光波长为1064nm，透过率＞99%，驱动频率为27MHz，工作水温≤30℃。声光盒的通光口径为5mm，最大偏转角度为5mrad，可以与LD模块发出的直径为3mm的输出激光进行很好的匹配。

声光盒加在全反镜和LD模块的中间，当水冷系统进入正常循环状态，通电LD模块，控制电流逐渐增大，对全反镜和输出镜进行微调，直到产生光，且光的模式良好。

通电声光盒，使用内调制方式， 不选用M1、M2、M3方式。将MOD控制键按下（激光器件的调试时有SHUT和MOD两种状态可供选择，SHUT状态，d外部的输入信号无法控制驱动器，使其激光器在关断状态下工作，驱动器射频功率可在此状态下进行调整。在MOD的状态下，激光脉冲的内部振荡脉冲频率与输出频率一致，光学测试在此状态下进行），改变输出激光的工作频率。旋转声光晶体，找到发生布拉格衍射时的角度后，将其固定。

注入电流从阈值开始逐渐加大，记录输出的功率还有注入的电压，实验时输出激光的工作频率，与此同时用脉冲传感器还有示波器测量并且记录输出激光脉宽。利用P=U*I计算输入功率，绘制P-I曲线。由平均功率=能量*频率，计算输出激光的能量，能量=平均功率/频率，再由峰值功率=能量/脉宽计算声光调Q后的激光的峰值功率。

绘制的P-I曲线如下图所示。

TN2

A

1674-6708（2015）148-0084-01