XGL-2(A)型半导体泵浦激光原理实验装置
一、XGL-2(A)型半导体泵浦激光器基本结构
本实验装置主要由泵浦激光原理实验装置主机、泵浦光源及准直氦氖激光器等组成，如图所示。 泵浦光源 汇聚物镜 激光晶体 倍频晶体
输出镜 准直氦氖激光器 二、半导体激光器实验装置的调整泵浦光源的调整
1、首先将仪器中的其它调整架取下，只留下泵浦光源及调整架固定在仪器导轨上；采用外置He-Ne激光器进行自准直调整。见下图
泵浦光源 He-Ne激光器 然后调节激光器使激光器光斑中心对准泵浦光源中心；将泵浦光源调整架沿着导轨前后移动，观察激光器光斑是否始终在泵浦光源中心，如果不在中心则调节激光器或者调节激光器固定立板，直至激光器光斑始终在泵浦光源中心位置。
2、汇聚物镜的调整
首先将泵浦光电源开关打开，旋转泵浦光源调焦旋钮进行调焦，焦点距离泵浦光源约30～50mm；将汇聚物镜调整架放到导轨上，距离泵浦光源约为焦点距离泵浦光源的两倍，泵浦光源光斑不应打到物镜的外面。并He-Ne激光器光点照到物镜后返回的光点应与发出的光点重合。见下图
3、激光晶体的调节
将激光晶体调整架放到导轨上，并调节其位置使泵浦光经汇聚物镜成像点的位置，仔细观察泵浦光汇聚到激光晶体的现象，微调汇聚物镜调节螺钉，直到观察到激光晶体上有最亮的白光为止，此时泵浦光源成像在激光晶体的位置外最佳，固定激光晶体调整架。
4、倍频晶体的调节
将倍频晶体调整架放到导轨上，并用He-Ne激光器进行自准直调节（方法同上）；
调好后将倍频晶体移动到尽可能靠近激光晶体位置固定。并
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观察晶体后面的光斑是否完整，不要存在挡光的现象。
5、输出镜的调节
将输出镜调整架放到导轨上，并用He-Ne激光器进行自准直调节（方法同上）；调好后，用白屏将He-Ne激光器激光挡住，观察由泵浦光源发出的光，此时应出来绿色激光。微调输出镜调节螺钉，使绿色激光输出的最强。
6、光强的调节
仪器组装完毕看到绿色激光发出后，仔细调节泵浦源的聚焦位置及其俯仰，以及微调输出镜的上下左右的位置，使绿色激光光强最大。
安全防护及日常维护
1、
半导体泵浦激光器实验装置应注意防潮，放置于比较干燥
的地方。
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2、 在不使用时请将仪器上盖盖好，端盖旋紧，防止灰尘进入
仪器。
实验一、LD泵浦Nd:YVO4固体激光器的基本概念与主要参数测量 （仅适用于2A型）
一. 实验目的：
1、掌握LD泵浦Nd:YVO4固体激光器的基本概念 2、掌握连续激光器阈值概念及测量方法 3、掌握连续激光器斜率效率及测量方法
二. 实验原理：
1. 普通光源的发光—受激吸收和自发辐射
普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收”过程。处在高能级（E2）的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。辐射光子能量为
h??E2?E1
这种辐射称为自发辐射。原子的自发辐射过程完全是一种随机过程，各发光原子的发光过程各自独立，互不关联，即所辐射的光在发射方向上是无规则的射向四面八方，另外未位相、偏振状态也各不相同。由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。在通常热平衡条件下，处于高能级E2上的原子数密度N2，远比处于低能级的原子数密度低，这是因为处于能级E的原子数密度N的大小时随能级E的增加而指数减小，即N∝exp(-E/kT)，这是著名的波耳兹曼分布规律。于是在上、下两个能级上的原子数密度比为
N2/N1?exp[?(E2?E1)/kT]
3
式中k为波耳兹曼常量，T为绝对温度。因为E2>E1，所以N2《N1。例如，已知氢原子基态能量为E1＝－13.6eV，第一激发态能量为E2=-3.4eV，在20℃时，kT≈0.025eV，则
N2/N1?exp(?400)?0
可见，在20℃时，全部氢原子几乎都处于基态，要使原子发光，必须外界提供能量使原子到达激发态，所以普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。一般说来，这种光源所辐射光的能量是不强的，加上向四面八方发射，更使能量分散了。
2. 受激辐射和光的放大
由量子理论知识知道，一个能级对应电子的一个能量状态。电子能量由主量子数n(n=1,2,?)决定。但是实际描写原子中电子运动状态，除能量外，还有轨道角动量L和自旋角动量s，它们都是量子化的，由相应的量子数来描述。对轨道角动量，波尔曾给出了量子化公式Ln＝nh，但这不严格，因这个式子还是在把电子运动看作轨道运动基础上得到的。严格的能量量子化以及角动量量子化都应该有量子力学理论来推导。
量子理论告诉我们，电子。如果选择规则不满足，则跃迁的几率很小，甚至接近零。在原子中可能存在这样一些能级，一旦电子从高能态向低能态跃迁时只能发生在l（角动量量子数）量子数相差±1的两个状态之间，这就是一种选择规则被激发到这种能级上时，由于不满足跃迁的选择规则，可使它在这种能级上的寿命很长，不易发生自发跃迁到低能级上。这种能级称为亚稳态能级。但是，在外加光的诱发和刺激下可以使其迅速跃迁到低能级，并放出光子。这种过程是被“激”出来的，故称受激辐射。受激辐射的概念是爱因斯坦于1917年在推导普朗克的黑体辐射公式时，第一个提出来的。他从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性，这是激光的基础。
受激辐射的过程大致如下：原子开始处于高能级E2，当一个外来光子所带的能量hυ正好为某一对能级之差E2-E1,则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。这种受激辐射的光子有显著的特点，就是原子可发出与诱发光子全同的光子，不仅频率（能量）相同，而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样。于是，入射一个光子，就会出射两个完全相同的光子。这意味着原来光信号被放大，这种在受激过程中产生并被放大的光，就是激光。
E2 h? 4
E2 h? E2 E1 E2 E1