脉冲固体激光器特性参数测量.

哈尔滨工业大学科技成果——半导体激光器脉冲特
性参数测试系统
项目简介
半导体激光器已经成为通信和网络技术所支撑的信息技术的核心器件。

因此，各国竞相投入巨资研制高性能的半导体激光器，而先进的测试设备是保证器件性能提高的必备条件。

目前只有国外少数的几个国家具备研制激光器特性参数测试设备的能力。

在国内，激光器的测试设备，尤其脉冲测试设备，仍然处于空白。

系统基本工作原理
半导体激光器特性参数测试系统通过给被测激光器注入按一定步幅增加的恒流或脉冲电流，同时采集流过激光器的电流IF、两端电压VF、输出光功率Po和背光电流Im等信号，从而得到反映激光器电抗特性的VF-IF曲线和电光转换特性的Po-IF曲线，从而得到激光器的阈值电流Ith、串联电阻Rs、效率ηs、“扭折”kink等特性参数。

系统初期装置与测试示例
下图给出了一个半导体激光器的测试曲线。

从曲线中可以自动计算特征参数，也可以直观地知道其特性。

应用领域
对半导体激光器的脉冲特性以及连续特性进行测试。

广泛应用于半导体激光器的生产厂家和使用单位。

脉冲激光器的重要参数
脉冲激光器的重要指标：脉冲重复频率、峰值功率、脉冲宽度、脉冲能量、平均功率、峰值功率密度
1、激光重频：激光分两类：⼀类是连续激光，⼀类是脉冲激光。

激光重复频率是对脉冲激光⽽⾔的，指在单位时间内，有规律地输出激光的脉冲数⽬（等同于⼀秒内脉冲重复出现的次数，单位为赫兹（hz））。

重频低在⼀样的输出功率下对应的脉冲能量⾼，适合⾮线性等研究，⾼重频则在⾼速采样等领域有优势。

2、峰值功率（Peakpower）：代表着单个脉冲所能达到的最⾼功率。

单位为⽡特（W）。

3、脉冲宽度（Pulsewidth）：简称脉宽，是指单个脉冲的持续时间，因此，它是⼀个时间衡量单位，有毫秒（ms）、微秒（us）、纳秒（ns）、⽪秒（ps）、飞秒（fs）等各种量级。

量级越⼩，激光作⽤持续时间越短。

4、脉冲能量（Pulseenergy）：指的是单个脉冲携带的激光能量。

是峰值功率与脉冲宽度的乘积。

单位为焦⽿（J）。

例如当峰值功率为10千⽡，脉冲宽度为100纳秒时候，脉冲能量E=10kwX100ns=1mj。

5、平均功率（Averagepower）：是指⼀个重复周期内单位时间所输出的激光能量。

是脉冲能量与脉冲重复频率的乘积。

单位为⽡特（W）。

6、峰值功率密度（Peakpowerdensity）：是指单位⾯积内激光功率，由激光功率和激光起作⽤的⾯积共同决定的⼀项指标。

单位为⽡特/平⽅厘⽶（W/CM2）。

激光原理与技术实验YAG 多功能激光实验系统光路图实验内容一、固体激光器的安装调试1、安装激光器。

2、调整激光器，使输出脉冲达最强二、激光参数测量1、测量自由振荡情况下激光器的阈值电压。

2、测量脉冲能量和转换效率。

3、测量光束发散角。

三、电光调Q 实验研究1、调整Q 开关方位，寻找V λ/4 。

2、确定延迟时间。

3、测试动静比。

四、倍频实验1、测量倍频光能量与入射角的关系。

2、倍频效率的测量。

五、激光放大实验1、放大器放大倍率测量。

2、放大器增益测量3、最佳时间匹配测量。

M 1脉冲氙灯 脉冲氙灯第一章 习题1、请解释（1）、激光Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation辐射的受激发射光放大（2）、谐振腔在工作物质两端各放上一块反射镜，两反射镜面要调到严格平行，并且与晶体棒轴垂直。

这两块反射镜就构成谐振腔。

谐振腔的一块反射镜是全反射镜，另一块则是部分反射镜。

激光就是从部分反射镜输出的。

谐振腔的作用一是提供光学正反馈，二是对振荡光束起到控制作用。

（3）、相干长度从同一光源分割的两束光发生干涉所允许的最大光程差，称为光源的相干长度，用∆Smax 表示，相干长度和谱线宽度有如下关系：∆Smax = λ2 / ∆ λ光源的谱线宽度越窄，相干性越好。

2、激光器有哪几部分组成？一般激光器都具备三个基本组成部分：工作物质、谐振腔和激励能源。

3、激光器的运转方式有哪两种？按运转方式可分为： 脉冲、连续 ，脉冲分单脉冲和重复脉冲。

4、为使氦氖激光器的相干长度达到1km ，它的单色性∆λ/λ应为多少？109max 10328.61016328.0-⨯=⨯==∆mm S μμλλλ第二章 习题1、请解释（1）、受激辐射高能态E 2 的粒子受到能量 h ν = E 2 - E 1 光子的刺激辐射一个与入射光子一模一样的光子而跃迁到低能级 E 1 的过程称受激辐射.（2）高斯光束由凹面镜所构成的稳定谐振腔中产生的激光束即不是均匀平面光波，也不是均匀球面光波，而是一种结构比较特殊的高斯光束，沿 Z 方向传播的高斯光束的电矢量表达式为：)]())(2(exp[])()(exp[)(),,(222220z i z z R y x ik z y x z A z y x E ϕωω+++-∙+-= 高斯光束是从z<0处沿z 方向传播的会聚球面波,当它到达z=0处变成一个平面波,继续传播又变成一个发散的球面波.球面波曲率半径R(z)>z,且随z 而变.光束各处截面上的光强分布均为高斯分布.（3）、增益饱和受激辐射的强弱与反转粒子数 ∆N 有关，即增益系数G ∝ ∆N ，光强 I ∝ ∆N 。

GCS-YAG灯泵YAG激光器综合实验用途：固体激光器是各类激光器中最早获得激光输出的一种，发展非常迅速。

固体激光器的特点是有较大的输出功率和紧凑的结构，机械强度也较大，因此在工农业和军事上得到广泛的应用。

例如在工业上用来打孔，切割、焊接等加工，医学上用来作视网膜焊接，在军事上则利用强大的激光脉冲来测距和定向。

掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）激光器可实现连续激光输出，其功率已达到kW数量级，目前已利用它制成各种激光通信、加工设备和激光导航仪器。

知识点：谐振腔调整、泵浦（抽运）、固体激光器输出特性、电光调Q、激光倍频、相位匹配角、功率密度、激光能量。

对学生的要求：熟悉激光原理，对激光技术有一定了解，具备初步的谐振腔调整经验和能量计使用经验。

涉及课程：激光原理与技术、光电子学、信息光子学。

实验目的：（1）理解激光受激辐射放大、谐振腔、泵浦等基本概念;（2）掌握电光调Q固体激光器的基本原理、基本结构和输出特性；（3）掌握电光调Q固体激光器主要输出参数的测试方法（4）了解激光倍频技术。

实验特点：本实验为典型的激光原理与技术综合实验，其内容覆盖了构造固体激光器、谐振腔调整、激光器输出特性研究、电光调Q、激光倍频等多个知识点，内容丰富，训练全面，系统接近实际应用。

既适合于教学研究，又可作为理论和实践相结合的设计性实验。

基本原理：本实验采用闪光灯侧面泵浦YAG方式，通过谐振腔稳定性设计，产生1064nm激光输出，可进行激光器输出特性的测量。

利用晶体的电光效应制成Q开关，采用带起偏器的电光调Q，产生峰值功率高、脉冲宽度窄的单脉冲激光。

同时采用腔外倍频技术，在动态、静态情况下输出532nm激光。

原理示意图：典型实验结果：输出电压(V)静态输出（mJ）动态输出（mJ）400200160600380260800530360990620400技术指标系统指标l 激光波长：YAG输出1064nm,倍频532nml 输出能量： 600mj(1064nm静态)400mj(1064nm,动态) 50mj(1064nm,选模)l 脉冲宽度：～10ns ～100usl 光束发散角：≤5mradl 调Q方式：电光调Q：1～5kv(可调)KTP晶体l Q开关：工作物质KTP半波电压：3800Vl Q开关工作物质:KTP半波电压：3800Vl 开关型脉冲激光光源输入电压：AC220V 允许±10%的波动额定输出功率：1000W适应负载：氙灯（单灯）输出电压调节范围：100～1000V外观尺寸：360×70×80（mm）放电频率 1、3、5、10（手动）HZ零部件指标l 指示激光： 2mW 632.8nm HeNe激光器l 光学元件（1）光学材料：K9 A级精密退火（2）透镜焦距：±2%（3）透镜直径：-0.2mm（4）透镜中心偏差：3’（5）光圈：1-5（6）局部误差：0.2-0.5（7）面粗糙度：60/40（Scratch/Dig）（8）镀膜：氟化镁增透膜（9）有效孔径：90%Φl 机械和调整部件（1）角度精度：±4’（2）分辨率：0.005mml 激光能量计1. 光谱相应范围：0.19-11μm2. 不确定度：±5% 配置清单序号以上是灯泵YAG激光器综合实验光学仪器的详细信息，如果您对灯泵YAG激光器综合实验光学仪器的价格、厂家、型号、图片有什么疑问，请联系我们获取灯泵YAG激光器综合实验光学仪器的最新信息。

实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究【实验目的】1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。

2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。

3、测定激光器输出光束的发散角。

【实验原理】一. 固体激光器的基本结构和工作原理激光，其英文为Laser ，全名为Light amplification by stimulated emission of radiation ，全名译为辐射的受激发光放大。

这很好地概括了激光产生的机制。

激光器就是根据激光产生的机制而设计的。

它由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。

实验所用YAG 激光器的结构如图6-1-1所示。

1、工作物质要形成激光，首先必须利用激励源使工作物质激活，既使工作物质内部的电子在某些能级之间实现粒子数的反转分布，并且需要满足一定的条件。

2、泵浦系统本实验中所用YAG 激光器的光泵系统由聚光腔、脉冲氙灯和它的供电系统以及触发器组成。

直流电源给储能电容充电到数百伏，并加到氙灯的两极，这时氙灯不发光。

触发器接通后，立即发出一个一万多伏的电脉冲使氙灯导通，这时储能电容通过氙灯放电，氙灯发出强烈的闪光。

此光激活工作物质，处于基态的粒子向高能级跃迁，比如跃迁到234F 能级上。

在此能级上的粒子寿命较长，故称为亚稳态。

由于光泵系统的不断泵浦，泵浦到一定程度时，激发到高能级上的粒子数比在它下面的能级上的粒子数还多了，实现了粒子数的反转。

当粒子跳回低能级上时发光。

3、光学谐振腔为了满足产生激光的阈值条件，即要使光在谐振腔中来回一次在激活介质中所获得的增益足以补充由各种因素所导致的光的损耗。

在忽略介质内部损耗的情况下，阈值条件为1221 l e r r G (6-1-2)式中：21,r r 一谐振腔两端反射镜的反射率（包括反射镜的吸收，透射和衍射损失）；l —激活介质的长度；G —激活介质的增益系数，定义为：()dzz I z dI v G v v .)()(=(6-1-3)二．YAG 激光器输出特性1、输出特性曲线输出特性曲线是指激光器的输出能量与输入能量之间的关系曲线。

LD端面泵浦全固体高功率457nm脉冲激光器的研究的开题报告一、选题背景随着激光技术的不断发展，激光器在医疗、通信、制造等领域得到广泛应用。

其中，脉冲激光器作为一种高能量、高功率、高稳定性的激光器，在工业和军事领域具有重要的应用价值。

然而，现有的脉冲激光器普遍存在体积大、功率低、成本高等问题，且波长覆盖范围有限，难以满足新兴领域的需求。

因此，开发新型高功率、全固态、波长覆盖广的脉冲激光器是当前的研究热点之一。

二、研究目的本文旨在设计一种基于LD端面泵浦的全固态高功率457nm脉冲激光器，并对其进行性能测试和优化，实现高能量、高稳定性、低噪声的输出。

三、研究内容1.系统设计：根据波长要求和器件性能，设计端面泵浦全固态激光器的光路结构、光学系统和稳定控制电路等。

2.材料选择：选取高品质、高激发交叉截面的Nd:YVO4晶体、高反射率、高透过率的反射镜材料和优质的Q开关材料，保证激光器的高品质因素。

3.系统搭建：根据设计方案，制作光路结构，搭建电路和控制系统，对全固态激光器进行组装，并对系统进行测试和调试。

4.性能测试和分析：对全固态激光器进行性能测试，包括激光输出能量、脉冲宽度、脉冲重复频率、波长稳定性等参数，分析全固态激光器的输出特性。

5.性能优化：基于测试结果，对全固态激光器进行性能优化，例如优化光路结构、调节Nd:YVO4晶体温度、调整Q开关等，提高激光器的输出能量和稳定性。

四、研究意义本文的研究成果将有助于满足新兴领域对高功率、高能量、波长覆盖广的脉冲激光器的需求，促进激光技术在医疗、通信、制造等领域的广泛应用。

同时，本文的研究方法也为探索其他高性能、全固态激光器的设计和优化提供了指导和借鉴价值。

固体激光原理与技术综合实验一、实验目的1.掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法；2.掌握固体激光器被动调Q的工作原理，进行调Q脉冲的测量；3.了解固体激光器倍频的基本原理。

二、实验仪器固体激光器实验箱（内含808nm泵浦源、耦合透镜、激光晶体、倍频晶体、调Q晶体、输出镜、导轨、功率计、防护眼镜、）、示波器三、实验内容1．808nm半导体泵浦源的I-P曲线测量①将808nm泵浦源固定于导轨的右端，将功率计探头放置于其前端出光口并靠近。

②调节功率计调零旋钮，使读数归零。

③调节工作电流从零到最大，依次记录对应的电源电流示数I和功率计读数P，并且画出I-P曲线图。

④将半导体泵浦光源的电流调回至最小。

2．1064nm固体激光谐振腔涉及调整①将650nm指示激光器固定在导轨左端，调节旋钮，使之照射到有段泵浦光源的中心。

②将耦合镜组放置在光源左边并靠近，调节旋钮，使指示激光束照射到耦合镜组中心，且反射的指示激光束返回到出光口。

③将激光晶体放置在耦合镜组前，调节前后位置，使泵浦光源的聚焦点能够打在晶体中间，再调节旋钮，使反射的指示激光束返回到出光口。

④将1064nm的激光输出镜放置在激光晶体前，镀膜面朝向晶体，距离为50mm左右。

调节旋钮，使反射的指示激光束返回到出光口。

慢慢调高泵浦光功率至800mA时，使用红外显示卡观察是否可以看到1064nm的激光点。

如果没有，微调输出镜的俯仰旋钮，直至出光，关闭指示激光。

3．1064nm固体激光器模式观测及调整①固定一个输出镜和腔长，将功率计放置在导轨左端，使激光点打到功率计中心。

②观察功率计读数，通过调整输出镜、激光晶体、耦合镜组的旋钮和激光晶体的前后，使功率计示数最高，确保激光谐振腔此时处于相对最佳状态。

③调节工作电流从阈值到最大，依次记录对应的电源电流示数I 和功率计读数P，填入下表。

④根据实验1的测试数据，拟合出1064nm固体激光输出的I-P转化效率和P-P转换效率曲线，并研究阈值条件。

gjb 5441-2005固体激光器测试方法一、概述本标准规定了固体激光器的测试方法，包括激光输出功率、光束质量、噪声等关键参数的测量。

本标准适用于军用固体激光器产品的质量控制和性能评估。

二、测试范围本标准适用于以下固体激光器：1. 固体激光脉冲激光器；2. 连续固体激光器；3. 可调谐固体激光器；4. 其他类型的固体激光器。

三、测试方法1. 激光输出功率测量a. 使用功率计测量激光输出功率，注意保护眼睛；b. 对于连续激光，使用光电倍增管配合光谱仪进行测量；c. 对于脉冲激光，使用激光功率计进行测量。

2. 光束质量测试a. 使用激光光束质量测试仪进行测量；b. 光束发散角、光斑大小、光束聚焦性能等参数应符合要求。

3. 噪声测试a. 使用噪声测量仪对激光器进行测试；b. 测量激光器在不同工作条件下的噪声水平，评估其稳定性。

4. 其他参数测试a. 输出波长测试：使用光谱仪对激光波长进行测量；b. 谐波畸变测试：使用噪声测量仪和相关软件对谐波畸变进行测量；c. 温度稳定性测试：在规定时间内，测试激光器在不同温度下的性能指标。

四、测试流程1. 准备测试环境：确保测试环境符合安全要求，避免干扰因素；2. 连接测试设备：将功率计、光束质量测试仪、噪声测量仪等测试设备正确连接至激光器；3. 设定测试参数：根据激光器类型和测试需求，设定适当的测试参数；4. 开始测试：启动激光器，开始测试；5. 数据记录：记录测试过程中的各项数据，包括激光输出功率、光束质量、噪声等；6. 结果分析：对测试数据进行整理和分析，评估激光器的性能指标；7. 报告编写：根据测试结果编写性能评估报告，提交给相关部门或用户。

五、注意事项1. 确保测试人员具备相关安全知识和操作技能，遵守安全操作规程；2. 测试过程中，注意保护测试设备，避免损坏；3. 确保测试数据的准确性和可靠性，严格按照测试方法进行；4. 测试完成后，及时清理测试现场，确保环境整洁。

3DPIV脉冲激光器装置性能指标要求3DPIV（三维脉冲激光多普勒测速技术）是一种基于激光和计算机视觉的流体力学测量技术，常用于研究气体和液体流动的速度、涡旋等参数。

为了获得准确可靠的测量结果，针对3DPIV脉冲激光器装置的性能指标提出了以下要求。

首先，脉冲激光器装置应具有高能量稳定性。

高能量是实现高精度测量的基础，保证了信号的强度和稳定性。

为了获得高稳定性的输出能量，需要采用高质量的激光元器件和稳定的激光工作环境，如稳定的温控系统、精确的功率控制电路等。

此外，装置还应具备快速启动和调整能力，以满足不同实验条件下的需要。

其次，脉冲激光器装置应具有较小的脉冲宽度。

脉冲宽度的大小直接影响到流场测量的时间分辨率。

通常情况下，脉冲宽度越小，时间分辨率越高，可以准确测量更快速的流动现象。

因此，脉冲激光器装置应具备较小的脉冲宽度，可以通过采用更快速的激光调制器、更高频率的脉冲驱动电路等来实现。

第三，脉冲激光器装置应具有较高的重复频率。

重复频率是指激光脉冲发射的频率。

较高的重复频率可以提高测量的空间分辨率，同时也可以增加信号的可靠性。

因此，脉冲激光器装置应具备较高的重复频率，可以通过优化激光器的设计和电路的控制来实现。

第四，脉冲激光器装置应具有较小的发散角。

发散角是指激光束扩散的角度，发散角越小，激光束的聚焦能力越好，可以实现更小尺寸的测量体积。

为了降低激光的发散角，需要采用高质量的激光器和光学元件，如高质量的激光二极管、调焦透镜等。

最后，脉冲激光器装置应具备可靠稳定的工作能力。

可靠性是装置能够长期稳定工作的能力，可以通过优化装置的结构和使用高品质的元器件来提高。

稳定性是指装置在不同环境和工作条件下输出的激光能量、频率和波长的稳定性，可以通过优化控制电路和保障装置的工作环境来实现。

综上所述，针对3DPIV脉冲激光器装置，要求具备高能量稳定性、小脉冲宽度、高重复频率、小发散角和可靠稳定的工作能力，以满足对流体流动的高精度测量需求。

激光器的特性和性能测试激光器作为一种重要的光学器件，被广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域。

为了确保激光器的性能和质量，需要对其进行特性和性能测试。

本文将从激光器的特性和性能测试方法、测试指标以及测试技术等方面进行探讨。

一、激光器的特性和性能测试方法激光器的特性和性能测试是对激光器输出功率、波长、光束质量、稳定性等参数进行测量和评估的过程。

常用的测试方法包括光功率测量、波长测量、光束质量测量和稳定性测试等。

光功率测量是对激光器输出功率进行测量的方法之一。

常用的光功率测量仪器有功率计和能量计。

功率计适用于连续激光器的功率测量，能量计适用于脉冲激光器的能量测量。

在进行光功率测量时，需要注意选择适当的探头和测量范围，以确保测量结果的准确性。

波长测量是对激光器输出波长进行测量的方法之一。

常用的波长测量仪器有光谱仪和波长计。

光谱仪适用于连续激光器的波长测量，波长计适用于脉冲激光器的波长测量。

在进行波长测量时，需要注意选择适当的光谱仪或波长计，并进行仪器的校准，以确保测量结果的准确性。

光束质量测量是对激光器输出光束质量进行评估的方法之一。

常用的光束质量测量仪器有M2仪和光束质量分析仪。

M2仪适用于连续激光器的光束质量测量，光束质量分析仪适用于脉冲激光器的光束质量测量。

在进行光束质量测量时，需要注意选择适当的仪器，并进行仪器的校准，以确保测量结果的准确性。

稳定性测试是对激光器输出稳定性进行评估的方法之一。

常用的稳定性测试仪器有功率稳定性测试仪和波长稳定性测试仪。

在进行稳定性测试时，需要注意选择适当的仪器，并进行仪器的校准，以确保测量结果的准确性。

二、激光器的特性和性能测试指标激光器的特性和性能测试指标包括输出功率、波长、光束质量、稳定性等参数。

输出功率是指激光器输出的光功率，通常以瓦特（W）为单位。

波长是指激光器输出的光的波长，通常以纳米（nm）为单位。

光束质量是指激光器输出光束的质量，通常以M2值表示。

稳定性是指激光器输出功率、波长、光束质量等参数的稳定性。

一种脉冲激光信号测量系统的设计脉冲激光信号测量系统是一种用于测量脉冲激光信号的系统，通常用于光学测量、激光雷达、激光通信等领域。

这种系统通常由激光器、探测器、信号处理电路等组成，可以实现对脉冲激光信号的精确测量和分析。

设计一种脉冲激光信号测量系统需要考虑到系统的稳定性、精度、灵敏度等因素。

下面将详细介绍一种设计方案，包括系统的组成部分、工作原理和性能指标等。

系统组成部分：1.激光器：用于产生脉冲激光信号的激光器。

可以选择具有高重复频率和短脉冲宽度的激光器，如固体激光器或半导体激光器。

2.探测器：用于接收脉冲激光信号的探测器。

可以选择具有高响应速度和灵敏度的光电二极管或光电倍增管。

3.信号处理电路：用于对接收到的脉冲激光信号进行放大、滤波、数字化处理等。

可以包括放大器、滤波器、模数转换器等模块。

4.控制系统：用于控制和同步激光器和探测器的工作。

可以包括时钟信号发生器、触发器等。

工作原理：1.激光器产生脉冲激光信号，信号经过光路传输到探测器。

2.探测器接收到脉冲激光信号并产生电信号，信号经过初步放大和滤波处理后送入信号处理电路。

3.信号处理电路对接收到的脉冲激光信号进行放大、滤波、数字化处理等，得到信号的幅值、脉宽等信息。

4.控制系统控制和同步激光器和探测器的工作，确保系统的稳定性和精度。

性能指标：1.测量精度：系统对脉冲激光信号的测量精度要求高，可以达到亚纳秒级别的测量精度。

2.动态范围：系统的动态范围决定了系统对不同幅度的脉冲激光信号的测量能力，通常应达到几十分贝以上。

3.响应速度：系统的响应速度决定了系统对高重复频率的脉冲激光信号的测量能力，应达到数十兆赫兹以上。

4.稳定性：系统的稳定性决定了系统在长时间测量过程中的稳定性和重复性。

总之，设计一种脉冲激光信号测量系统需要考虑到系统的稳定性、精度、灵敏度等因素，并结合实际应用需求选择合适的激光器、探测器、信号处理电路等组件，确保系统能够准确测量和分析脉冲激光信号。