固体激光器光路设计——激光原理课程设计
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激光原理课程设计
摘要本文主要论述了用120mwLD激光器端面泵浦Nd:YVO4晶体并用KTP 晶体倍频得到30mw绿光输出激光器的设计过程。
首先由谐振腔的ＡＢＣＤ矩阵入手，以对热透镜效应的讨论为契机，推出了谐振腔的有关参数。
再从光斑半径得到了耦合系统的有关参数；最后从增益饱和出发，进行了功率的计算。
整个过程以非线性光学基本原理为基础，以激光的基本理论为指导，并结合实际情况进行合理的参数选择。
整个设计思路对激光器的设计具有参考价值。
关键字：倍频ABCD矩阵热焦距谐振腔AbstractThis paper is mainly aimed at the design 0f the green laser whose power is 30mw which is based on LD-pumped Nd:YVO4 crystal and frequency-doubled technology by KTP .Firstly we started with the ABCD matrix of the resonator and the effect of thermal lens and got the parameters of resonator;then we can design the couple system from the corset radius demanded;at last ,we calculated the power of laser we just contrived using the principle of laser gain.The whole process is guided by the theories of laser and nonlinear optics,especially on the basis of practice. The train of thought in this paper should be the valuable reference for laser design.Key words: frequency-double ABCD matrix thermal lens resonator1概论这一节主要对本文涉及到的相关重要概念，理论等做一简明扼要的介绍。
激光课程设计
1.激光器的种类及工作原理，包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器等；
2.激光束的特性，如单色性、相干性、方向性等；
3.激光在医学、工业、通信等领域的应用案例分析，如激光手术、激光切割、光纤通信等；
4.激光技术的未来发展趋势，如激光能源、激光推进器等；
5.结合实际操作，进行激光实验活动，培养学生的动手能力和科学思维。
5.组织学生进行课堂讨论，分析激光技术的伦理问题，培养学生对科技与社会关系的思考能力。
5、教学内容
《激光课程设计》
1.激光在精密制造领域的应用，如激光微加工、激光雕刻技术在集成电路制造中的应用；
2.探索激光在科研领域的创新应用，如激光冷却、激光捕获等物理实验技术；
3.介绍激光在国家安全方面的应用，如激光武器、激光防御系统等；
4.结合实际案例，分析激光技术在可持续发展中的作用，如激光在清洁能源、节能减排方面的应用；
5.设计一系列激光科技创新项目，鼓励学生提出自己的创意和解决方案，培养其科学探究和问题解决能力。
激光课程设计
一、节：八年级物理第四章第四节《光现象的应用——激光》
内容列举：
1.激光的产生原理及其特点；
2.激光在生活中的应用实例；
3.激光的安全知识及其防护措施；
4.简单的激光实验：激光准直、激光反射、激光折射；
5.激光在科技发展中的重要作用。
2、教学内容
《激光课程设计》
4、教学内容
《激光课程设计》
1.深入探讨激光的物理特性，包括波长、频率、功率等关键参数对激光应用的影响；
2.研究激光与物质的相互作用，如激光焊接、激光打标的工作机制；
3.分析激光在新能源领域的应用，例如激光诱导击穿光谱技术（LIBS）在元素分析中的应用；
2.激光束的特性，如单色性、相干性、方向性等；
3.激光在医学、工业、通信等领域的应用案例分析，如激光手术、激光切割、光纤通信等；
4.激光技术的未来发展趋势，如激光能源、激光推进器等；
5.结合实际操作，进行激光实验活动，培养学生的动手能力和科学思维。
5.组织学生进行课堂讨论，分析激光技术的伦理问题，培养学生对科技与社会关系的思考能力。
5、教学内容
《激光课程设计》
1.激光在精密制造领域的应用，如激光微加工、激光雕刻技术在集成电路制造中的应用；
2.探索激光在科研领域的创新应用，如激光冷却、激光捕获等物理实验技术；
3.介绍激光在国家安全方面的应用，如激光武器、激光防御系统等；
4.结合实际案例，分析激光技术在可持续发展中的作用，如激光在清洁能源、节能减排方面的应用；
5.设计一系列激光科技创新项目，鼓励学生提出自己的创意和解决方案，培养其科学探究和问题解决能力。
激光课程设计
一、节：八年级物理第四章第四节《光现象的应用——激光》
内容列举：
1.激光的产生原理及其特点；
2.激光在生活中的应用实例；
3.激光的安全知识及其防护措施；
4.简单的激光实验：激光准直、激光反射、激光折射；
5.激光在科技发展中的重要作用。
2、教学内容
《激光课程设计》
4、教学内容
《激光课程设计》
1.深入探讨激光的物理特性，包括波长、频率、功率等关键参数对激光应用的影响；
2.研究激光与物质的相互作用，如激光焊接、激光打标的工作机制；
3.分析激光在新能源领域的应用，例如激光诱导击穿光谱技术（LIBS）在元素分析中的应用；
激光原理课程设计
激光原理课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握激光原理的基本概念、产生机制、传播特性及其应用。
通过本课程的学习，学生将能够：1.描述激光的基本特性，如单色性、相干性和方向性。
2.解释激光产生的物理原理，包括激发态、稳态和放大过程。
3.分析激光的传播规律，如波动方程、干涉和衍射现象。
4.探讨激光在各个领域的应用，如通信、医疗、加工等。
在技能目标方面，学生将能够：1.运用数学方法解决激光相关问题，如波动方程的求解。
2.进行简单的激光实验，如激光器的搭建和特性测量。
3.分析实际应用中的激光问题，如激光通信的原理和系统设计。
在情感态度价值观目标方面，学生将能够：1.认识到激光技术在现代科技发展中的重要地位和作用。
2.培养对激光技术的兴趣和好奇心，激发创新精神。
3.理解激光技术在实际应用中的伦理和安全性问题，具备良好的职业道德素养。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.激光的基本概念：激光的定义、发展历程及特点。
2.激光的产生原理：激发态、稳态和放大过程，激光器的类型及工作原理。
3.激光的传播特性：波动方程、干涉、衍射和偏振现象。
4.激光的调制与检测：调制方式、检测原理及设备。
5.激光应用领域：通信、医疗、加工、科研等。
教学大纲安排如下：第1-2课时：激光的基本概念和发展历程。
第3-4课时：激光的产生原理和激光器类型。
第5-6课时：激光的传播特性及其数学描述。
第7-8课时：激光的调制与检测技术。
第9-10课时：激光在各个领域的应用实例。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：用于传授激光基本原理和知识，引导学生掌握核心概念。
2.讨论法：鼓励学生就激光技术的热点问题和实际应用展开讨论，培养思辨能力和团队合作精神。
3.案例分析法：分析典型激光应用案例，让学生了解激光技术在实际工程中的应用。
4.实验法：进行激光器搭建和特性测量实验，培养学生的动手能力和实验技能。
固体激光器光路设计_激光原理课程设计报告
WORD文档下载可编辑激光原理与技术课程设计课题名称：固体激光器光路设计与计算专业班级： 2011级光信息学生学号： ********** 学生姓名：学生成绩：指导教师： ******** 课题工作时间： 2014.6.4 至 2014.6.13武汉工程大学教务处侧泵激光器腔长480mm，输出镜曲率半径为5m，聚焦透镜离输出镜焦距为45mm，计算经聚焦以后的激光光斑直径。
用Matlab软件计算输出（用Q参数方法计算，写出Matlab程序）前言 (9)第一章半导体泵浦激光器原理和应用 (9)1.1 激光原理 (10)1.2 半导体泵浦激光器的应用 (11)第二章激光器的设计过程 (12)2.1 半导体泵浦激光器设计方案 (12)2.2 激光器的设计图 (12)2.3 计算聚焦后激光光斑直径 (13)2.4 聚焦透镜焦距与光斑半径的关系 (15)第三章总结 (17)参考文献 (17)激光是二十世纪最重大、最实用的发明之一。
1917年爱因斯坦提出受激辐射理论，1958年12月肖洛和汤斯发明激光原理，1960年7月梅曼制成世界第一台红宝石激光器。
激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点，应用领域十分广泛。
半导体泵浦532nm绿光激光器具有波长短、光子能量高、在水中传输距离远和人眼敏感等优点，效率高、寿命长、体积小、可靠性好。
近几年在光谱技术、激光医学、信息存储、彩色打印、水下通讯、激光技术等科学研究及国民经济许多领域中展示出极为重要的应用，成为各国研究的重点。
自第一台红宝石激光器问世，固体激光器就一直占据了激光器发展的主导地位，特别是在20 直占据了激光器发展的主导地位，特别是在20 世纪80 世纪80 年代出现的半导体激光器以及在此基础上出现的全固化固体激光器更因为体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好和寿命长等优点，逐渐成为光电行业中最具发展前途的领域。
目前世界范围内销售的商品固体激光器已有500 余种，但从1998 已有500 余种，但从1998 年开始，固体激光器中的Nd:YAG 中的Nd:YAG 激光器的市场占有率和销售额已升为第一位。
固体激光器原理固体激光器
固体激光器原理-固体激光器固体激光器发展历程固体激光器发展历程固体激光器用固体激光材料作为工作物质的激光器。
1960年，梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器，也是世界上第一台激光器。
固体激光器一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成。
这类激光器所采用的固体工作物质，是把具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体而制成的。
在固体中能产生受激发射作用的金属离子主要有三类：(1)过渡金属离子；(2)大多数镧系金属离子；(3)锕系金属离子。
这些掺杂到固体基质中的金属离子的主要特点是：具有比较宽的有效吸收光谱带，深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机比较高的荧光效率，比较长的荧光寿命和比较窄的荧光谱线，因而易于产生粒子数反转和受激发射。
用作晶体类基质的人工晶体主要有：刚玉、钇铝石榴石、钨酸钙、氟化钙等，以及铝酸钇、铍酸镧等。
用作玻璃类基质的主要是优质硅酸盐光学玻璃，例如常用的钡冕玻璃和钙冕玻璃。
与晶体基质相比，玻璃基质的主要特点是制备方便和易于获得大尺寸优质材料。
对于晶体和玻璃基质的主要要求是：易于掺入起激活作用的发光金属离子；；具有适于长期激光运转的物理和化学特性。
晶体激光器以红宝石和掺钕钇铝石榴石为典型代表。
玻璃激光器则是以钕玻璃激光器为典型代表。
工作物质固体激光器的工作物质，由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。
这种工作物质一般应具有良好的物理－化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子效率。
玻璃激光工作物质容易制成均匀的大尺寸材料，可用于高能量或高峰值功率激光器。
但其荧光谱线较宽，热性能较差，不适于高平均功率下工作。
常见的钕玻璃有硅酸盐、磷酸盐和氟磷酸盐玻璃。
80年代初期，研制成功折射率温度系数为负值的钕玻璃，可用于高重复频率的中、小能量激光器。
晶体激光工作物质一般具有良好的热性能和机械性能，窄的荧光谱线，但获得优质大尺寸材料的晶体生长技术复杂。
《激光原理》教案
《激光原理》教案激光原理教案第 2 页组织教学〗调节课堂气氛调动学生积极性， 共同创设和谐活跃的课堂气氛〖导入任务〗各位同学大家好，欢迎来到“激光原理”课程。
光是我们获取外界信息的源泉，如这张M51星云的天文照片所示，由星体发出光经历3100万年的长途“奔波”才来到我们的地球，被我们所观察到，3100万年的历史也在光的传播路径上逐渐展开。
通过我们在大学物理课程的基本学习，我们了解到光是我们电磁波谱中的一段，那么除了我们自然中存在的天然光线，有没有与自然光完全不同的人造线呢？这里我们来看一段视频。
任务 播放电影片段播放电影《星球大战前传2：西斯的复仇》电影片段任务 提问任务 激光名称的由来讲解“激光”名称的由来：“死光”：引入式教学，发引导学生思考：与众不同的人造光线？ 学习的目标对象与需要注意的重点：独特特点。
多媒体演示启发学生思考：自己概念中的激光是什么？童恩正，《珊瑚岛上的死光》，1978年 “镭射” ：LASER 的音译 • LASER ：– Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation• 激光：– 受激辐射光放大任务 激光名称的由来 讲解激光发明史，将光学的最初发展与近现代物理的相关成就进行展示，讲解对于光的认识的发展历程： 17世纪 惠更斯， 虎克 19世纪 麦克斯韦 19世纪末 电磁场理论19世纪末 “两朵乌云 1900年 普朗克 “量子” 1905年 普朗克 “光子” 1913年 玻尔 “原子结构” 1917年 爱因斯坦 “受激辐射” 1928年 Landenburg “受激辐射” “负吸收” 1947年 Lamb“氢原子光谱” 1954年 Townes“Maser” 1960年 Maiman “Laser” 着重讲解梅曼的发明历史故事： • 1960年5月，休斯实验室的Maiman 和Lamb 共同研制的红宝石激光器发出了694.3nm 的红色激光，这是公认的世界上第一台激光器。
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五、程序示范
六、程序要求
至少具备： 腔长L 腔镜的尺寸 光波长 迭代次数 腔型的选择（条状腔，平行平面腔，圆面
腔等）
七、思考问题
下次迭代时，以归一化的值作为下次的迭代初值进行迭代。
可执行程序要激能光在谐不同振系腔统模或不式同的软其件的他计分算析机上方运法行（，具如有特普征遍适向应量性矩，如阵需方不同插件程序，请附带在文件夹里并进行说明；
。
激四光、谐 编振程腔思模路菲式涅的尔其他数分与析迭方法代（次如数特征的向关量系矩阵；方法）和Fox-Li数值迭代法的比较；
Fo—x-—Li矩迭形代腔法的优缺点以及和其他数值迭代法的比较；
圆镜腔与矩形腔的迭代输出结果的比较；
任务：模拟激F光ox谐-L振i迭腔模代式法的误差分析；
第具圆一体镜步 编 腔：程与确细矩定节形不等迭对腔同 ）代图的初 对公形迭式输代始 最（出输场 终结出3-4分 稳果结-1的果布 定）影的的 场响比改 分（较如；变 布划（ 的分如影点的三响多角；少波）；、梯形波、随机波
u1(x,y)＝ 10i
第七步：归一化处理
每次由一面到另一面的渡越迭代完成后，所得的场 分布数值都要进行一次归一化，这是由于在使用了诸多 假设和近似后，具体值已经没有实际意义，我们所感兴 趣的只是形成自在现模时的相对振幅与相对相位的分布 关系， 所以每次迭代后都要参考中心点的振幅和相位值 进行归一化处理。即将一个面上的所有点的振幅除以中 心点的振幅，所有点的相位减去中心点的相位。
四、编程思路
——矩形腔
第一步：确定迭代公式（3-4-1）
u(x,y)4 ikSu(x',y')e i k(1co )d s'S
第二步：确定ρ（两点之间的距离） 对于不同的光学谐振腔（如平行平面
固体激光器原理教案资料
直接端面泵浦激光器
然而，端面泵浦虽然效率高，但固体激光的输 出功率受端面限制，因为端面较小时只能采用
单元的激光二极管，这就限制了泵浦光的最大
功率。如果采用功率较大的激光二极管阵列作
泵浦源，则由于阵列型二极管输出的泵浦光模
式不好，因而不易将泵浦光有效地耦合到工作
物质中，实际上降低了效率。而且由于泵浦光 的模式较为复杂，泵浦后输出的1.06μm 激光 的光束质量也不易保证。
二极管直接和光纤耦合端面泵浦固体激光器
与灯泵浦和侧面泵浦两种泵浦方式相对比，端 面泵浦的效率最高。其原因为：在泵浦激光模 式不太差的情况下，泵浦光都能由会聚光学系 统耦合到工作物质中，耦合损失较少；另一方 面，泵浦光的模式也比较好，而产生的振荡光 的模式与泵浦光模式有密切关系，匹配的效果 好，因此，工作物质用泵浦光的利用率也相对 高一些。
（6）由于光纤激光器的諧振腔内无光学鏡片，具有免 调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无 法比拟的。
（7）光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任意 空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简 单。
（8）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿 度、温度具有很高的容忍度。
（9）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。 （10）高的电光效率：综合电光效率高达20%以上， 大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。
光纤耦合端面泵浦激光器
侧面泵浦板条固体激光器要得到更大功率的激光输出， 就必然要采用泵浦功率较大的阵列型激光二极管，由 于阵列二极管的发光面较大，不可能利用端面泵浦， 因此，大多采用侧泵浦方式。这种结构的特点是，在 工作板条的一侧用激光二极管阵列，另一侧是全反器， 使泵浦光尽量集中到工作物质中。板条状激光器结构 的特点是，激光通过工作物质介质全内反射传输，这 样，激光经过工作物质的长度就大于工作物质的外形 长度，即提供了更长的有效长度。在有效长度内，工 作物质皆可直接吸收到由激光二极管发射的泵浦光， 从而较易获得大功率输出，研究开发的重点就在于发 展大功率的端面泵浦固体激光器，从激光二极管发出 的光束经光学耦合从侧面泵浦激光晶体，从而获得单 级输出的激光；并可以根据所要得到的输出功率要求 而改变激光工作物质的长度而改变激光二极管泵浦的 效率和功率。
固体激光器光路设计——激光原理课程设计
激光原理与技术课程设计课题名称：固体激光器光路设计与计算专业班级：2011级光信息学生学号：**********学生姓名：学生成绩：指导教师：********课题工作时间：2014.6.4 至2014.6.13武汉工程大学教务处一、课程设计的任务和要求要求：1、具备独立查阅激光原理、激光技术以及激光器件相关文献和资料；能提出并较好地的实施方案；具有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。
2、具备独立设计激光器的能力，能对基本激光应用系统的进行研究、分析及比较的能力。
3、具备采用计算机软件进行数值计算、仿真、绘图等能力。
4、工作努力，遵守纪律，工作作风严谨务实，按期圆满完成规定的任务。
5、综述简练完整，立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确。
6、工作中有创新意识，对前人工作有一定改进或独特见解。
7、内容不少于3000字，图和计算结果要求打印。
技术参数：1、9个808半导体激光器组成侧泵模块，功率180W，北京吉泰；2、Nd:YVO4晶体尺寸3×65mm；激光器输出功率50Ｗ；3、8倍扩束；4、谐振腔长48厘米，侧泵模块放置腔中间，Q开关位于模块和全反射镜中间；腔镜为平面反射镜，透射率为15%。
任务：1、简述半导体泵浦的激光器原理和应用2、参照实验室原型，用solidworks软件画出激光器的设计图3、侧泵激光器腔长480mm，输出镜曲率半径为5m，聚焦透镜离输出镜520mm，焦距为45mm，计算经聚焦以后的激光光斑直径。
用Matlab软件计算输出（用Q参数方法计算，写出Matlab程序）前言 (8)第一章半导体泵浦激光器原理和应用 (8)1.1 激光原理 (9)1.2 半导体泵浦激光器的应用 (10)第二章激光器的设计过程 (11)2.1 半导体泵浦激光器设计方案 (11)2.2 激光器的设计图 (11)2.3 计算聚焦后激光光斑直径 (12)2.4 聚焦透镜焦距与光斑半径的关系 (14)第三章总结 (15)参考文献 (15)激光是二十世纪最重大、最实用的发明之一。
激光原理课程设计
激光原理课程设计一、项目背景激光科技在现代化社会中起着至关重要的作用，激光在通讯、医疗、制造业等领域中都有广泛应用。
因此，对于理解和掌握激光的原理和应用具有重要意义。
二、设计目标该课程的设计旨在让学生了解激光的基本原理、种类与特点，以及激光在实际应用中的重要性与优势。
三、设计要点1. 激光的基本原理1.1 激光的定义激光的定义是什么？激光与普通光的区别吗？如何产生激光？1.2 激光的工作原理介绍激光器的组成、如何形成激光，以及激光的特点和参数等。
2. 激光的种类与特点2.1 激光器的种类根据不同的激光器工作介质（如气体、液体、半导体、固体等）及其工作方式（激光脉冲还是连续输出等），分类介绍激光器种类。
2.2 激光器的特点通过介绍不同种类的激光器各自的特点，让学生了解不同类型激光器的应用场景。
3. 激光在实际应用中的重要性与优势3.1 激光的应用领域激光在不同工业及医疗领域的应用。
3.2 激光的优势介绍激光在加工精度、速度、柔性、环保和节能方面的优势。
四、课程安排第一周•激光的定义•激光器的组成•激光如何产生第二周•激光的工作原理•激光的参数•激光的特点第三周•气体激光器、液体激光器、固体激光器和半导体激光器的种类和特点介绍第四周•激光应用领域介绍•激光的优势和不足分析第五周•课程总结•学生讨论与交流五、课程评估•参与度（20%）•课堂表现（30%）•期末论文（50%）六、总结通过本次课程设计，学生能够了解激光的基本原理、种类与特点，及其在实际应用中的重要性与优势，为学生提供一个全面了解激光的平台，并有助于学生对激光科技的研究和应用。
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激光原理与技术课程设计课题名称：固体激光器光路设计与计算专业班级：2011级光信息学生学号：**********学生姓名：学生成绩：指导教师：********课题工作时间：2014.6.4 至2014.6.13武汉工程大学教务处一、课程设计的任务和要求要求：1、具备独立查阅激光原理、激光技术以及激光器件相关文献和资料；能提出并较好地的实施方案；具有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。
2、具备独立设计激光器的能力，能对基本激光应用系统的进行研究、分析及比较的能力。
3、具备采用计算机软件进行数值计算、仿真、绘图等能力。
4、工作努力，遵守纪律，工作作风严谨务实，按期圆满完成规定的任务。
5、综述简练完整，立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确。
6、工作中有创新意识，对前人工作有一定改进或独特见解。
7、内容不少于3000字，图和计算结果要求打印。
技术参数：1、9个808半导体激光器组成侧泵模块，功率180W，北京吉泰；2、Nd:YVO4晶体尺寸3×65mm；激光器输出功率50Ｗ；3、8倍扩束；4、谐振腔长48厘米，侧泵模块放置腔中间，Q开关位于模块和全反射镜中间；腔镜为平面反射镜，透射率为15%。
任务：1、简述半导体泵浦的激光器原理和应用2、参照实验室原型，用solidworks软件画出激光器的设计图3、侧泵激光器腔长480mm，输出镜曲率半径为5m，聚焦透镜离输出镜520mm，焦距为45mm，计算经聚焦以后的激光光斑直径。
用Matlab软件计算输出（用Q参数方法计算，写出Matlab程序）前言 (8)第一章半导体泵浦激光器原理和应用 (8)1.1 激光原理 (9)1.2 半导体泵浦激光器的应用 (10)第二章激光器的设计过程 (11)2.1 半导体泵浦激光器设计方案 (11)2.2 激光器的设计图 (11)2.3 计算聚焦后激光光斑直径 (12)2.4 聚焦透镜焦距与光斑半径的关系 (14)第三章总结 (15)参考文献 (15)激光是二十世纪最重大、最实用的发明之一。
1917年爱因斯坦提出受激辐射理论，1958年12月肖洛和汤斯发明激光原理，1960年7月梅曼制成世界第一台红宝石激光器。
激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点，应用领域十分广泛。
半导体泵浦532nm绿光激光器具有波长短、光子能量高、在水中传输距离远和人眼敏感等优点，效率高、寿命长、体积小、可靠性好。
近几年在光谱技术、激光医学、信息存储、彩色打印、水下通讯、激光技术等科学研究及国民经济许多领域中展示出极为重要的应用，成为各国研究的重点。
自第一台红宝石激光器问世，固体激光器就一直占据了激光器发展的主导地位，特别是在20 直占据了激光器发展的主导地位，特别是在20 世纪80 世纪80 年代出现的半导体激光器以及在此基础上出现的全固化固体激光器更因为体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好和寿命长等优点，逐渐成为光电行业中最具发展前途的领域。
目前世界范围内销售的商品固体激光器已有500 余种，但从1998 已有500 余种，但从1998 年开始，固体激光器中的Nd:YAG 中的Nd:YAG 激光器的市场占有率和销售额已升为第一位。
传统的固体YAG 传统的固体YAG 激光器，通常由掺钕钇铝石榴石晶体棒、泵浦灯、聚光腔、光学谐振腔、电源及制冷系统组成，其转换效率为2%到3%。
电源及制冷系统组成，其转换效率为2%到3%。
另一方面整个激光器需要庞大的制冷系统，体积很大。
泵浦灯的寿命约为300 积很大。
泵浦灯的寿命约为300 到1000 小时，操作人员需花很多时间频繁的换灯，中断系统工作，使自动化生产线的效率大大降低，工作，使自动化生产线的效率大大降低，间接提高了生产成本。
因此技术上没有大的发展空间。
现在国际上的激光厂家已经淘汰了中小功率灯泵浦固体激光器的生产和研发，将来随着大功率的二极管、光纤激光器的研发和应用，成本的下降，灯泵浦固体激光器将会逐步淘汰。
这是固体激光器的发展方向。
第一章半导体泵浦激光器原理和应用1.1 激光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，有三种过程：吸收、自发辐射和受激辐射。
如果一个原子开始处于基态，在没有外来光子，它将保持不变，如果一个能量为hv21的光子接近，则它吸收这个光子，处于激发态E2。
在此过程中不是所有的光子都能被原子吸收，只有光子的能量正好等于原子的能级间隔E1-E2时才能被吸收。
图1-1 光与物质作用的吸收过程激发态寿命很短，在不受外界影响时，它们会自发地返回到基态，并放出光子。
自发辐射过程与外界作用无关，由于各个原子的辐射都是自发的、独立进行的，因而不同原子发出来的光子的发射方向和初相位是不相同的。
光与物质作用的自发辐射过程：处于激发态的原子，在外的光子的影响下，会从高能态向低能态跃迁，并两个状态间的能量差以辐射光子的形式发射出去。
只有外来光子的能量正好为激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射且受激辐射发出的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和相位完全相同。
激光的产生主要依赖受激辐射过程。
图1-2 光与物质作用的受激辐射过程激光器主要由工作物质、谐振腔、泵浦源组成。
工作物质主要提供粒子数反转。
泵浦过程使粒子从基态E1抽运到激发态E3、E3上的粒子通过无辐射跃迁，该过程粒从高能机级跃迁到低能级时能量转变为热能或晶格振动能，但不辐射光子，迅速转移到亚稳态E2。
E2是一个寿命较长的能级，这样处于E2上的粒子不断积累，E1上的粒子，又由于抽运过程而减少，从而实现E2与E1能级间的粒子数反转。
图1-3 三能级系统示意图激光产生必须有能提供光学正反馈的谐振腔。
处于激发态的粒子由于不稳定性而自发辐射到基态自发辐射产生的光子各个方向都有偏离轴向的光子很快逸出腔外只有沿轴向的光子部分通过输出镜输出部分被反射回工作物质在两个反射镜间往返多次被放大形成受激辐射的光放大即产生激光。
1.2 半导体泵浦激光器的应用国内半导体泵浦固体激光器市场化水平已经达到数百瓦，实验室水平已经达到千瓦级。
在应用上，大功率半导体泵浦固体激光器以材料加工为主，包括了常规的激光加工：主要是材料加工，如激光标记、激光焊接、激光切割和打孔等，结构紧凑、性能良好、工作可靠的大功率半导体泵浦固体激光打标机产品系列已经在国内得到了规模应用，在国外，千瓦级的半导体泵浦固体激光器已有产品，德国、美国汽车焊接就已经用到了千瓦级半导体泵浦固体激光焊剂机，在原理和技术方案上半导体泵浦固体激光器定标到万瓦都是可行的，主要受限于成本和市场需求的限制。
二倍频半导体泵浦固体激光器在微电子行业、三倍频半导体泵浦固体激光器在激光快速成型领域都得到了广泛应用。
除材料加工外，大功率半导体泵浦固体激光器还可以用于同位素分离（二倍频、绿光）、激光核聚变、科学研究、医疗、检测、分析、通讯、投影显示以及军事国防等领域，具有极其重要的应用价值。
第二章激光器的设计过程2.1 半导体泵浦激光器设计方案在固体激光器中，由泵浦系统辐射的光能，经过聚焦腔，使在固体工作物质中的激活粒子能够有效的吸收光能，让工作物质中形成粒子数反转，通过谐振腔，从而输出激光。
本次设计半导体泵浦激光器参照实验室原型，用solidworks软件画出激光器的设计图，该激光器的组成部分有红外光源、腔镜1、Q开关、泵浦系统、腔镜2、8倍扩束镜、45°反射镜。
然后根据激光器的设计参数，计算出各个装配体的合理摆放位置。
最后根据设计参数利用MATLAB计算出聚焦以后的激光光斑束腰半径。
2.2 激光器的设计图激光器的设计图效果图如图2-1，谐振腔两端的反射镜为R1=∞的平面镜和R2=5m 的透镜，其中R1为全反镜，R2为透射率为15%的镜片，两镜间距为48CM。
泵浦源位于两平面镜中心处，激光晶体是Nd:YAG , 可产生高增益、低阂值的激光作用。
泵浦灯是LD，三列LD阵列互成1200角环绕在激光晶体周围。
Q开关位于泵浦源和全反镜连线的中心处。
激光出射镜的外侧有一个扩束镜，用来聚焦。
图2-1激光器的设计图效果图图2-2 激光器结构正视图图2-3 激光器结构左视图与尺寸标注注：图2-3从左到右依次为红外光源、腔镜1、Q开关、泵浦系统、腔镜2、8倍扩束镜、45°反射镜。
2.3 计算聚焦后激光光斑直径图2-4 激光器的结构简图如图所示，R1个R2构成激光谐振腔，波长为1064nm ，激光从R2端输出，经焦距为F 的透镜聚焦。
其中R1=∞；R2=5.0m ；L12=0.48m ；L=1.00m ；F=0.045m 。
利用Q 参数法计算来计算光斑半径。
由公式2-1中的计算可知共焦参数为22121210)]()[())()((R L R L L R L R R L R L f -+---+-=(2-1)可看出本次设计的激光器谐振腔是平凹腔上式可简化为 ()L R R f -⨯=22， 代入数据得m f 473.1=，i q a 473.1=。
传播距离变换矩阵为⎢⎣⎡=011M ⎥⎦⎤1L ，平面反射镜变换矩阵为⎢⎣⎡=012M ⎥⎦⎤10，聚焦透镜传输矩阵为⎢⎣⎡-=F M 113⎥⎦⎤10。
总传输矩阵为： ⎢⎣⎡C A ⎥⎦⎤D B =⎢⎣⎡-F 11⎥⎦⎤10⎢⎣⎡01⎥⎦⎤1L ⎢⎣⎡01 ⎥⎦⎤10 通过聚焦后的q 参数参考公式2-2计算出aaa a q F Fq D Cq B Aq q -=++= （2-2）聚焦后光斑束腰半径由公式2-3计算出πλf w ='0 （2-3）利用Matlab 计算出聚焦后的光斑束腰与位置，程序如下：运行结果如下：对结果进行整理，通过聚焦后的q 参数：i DCq BAq q 001.00456.033+-=++=则m s 0456.0'= ，m f 001.0'=聚焦后光斑束腰半径m w 501081.1'-⨯=聚焦后光斑直径m w D 501062.3'2-⨯== 与透镜F 的距离：m s 0456.0'=。
2.4 聚焦透镜焦距与光斑半径的关系为了进一步探索光斑半径与聚焦透镜半径的关系，通过改变聚焦透镜的焦距F来观察光斑半径w的大小变化。
使用Matlab软件来描绘两者的曲线关系图。
程序如下：图2-5 透镜焦距与光斑半径的关系图由图可看出，随着聚焦透镜的焦距F的增大，光斑半径w成线性增大，即在一定范围内二者成正比关系。
所以，为了增大激光器的输出功率，可以适当的增大透镜的焦距。
第三章总结这次课程设计的主题是固体激光器，其实从激光发明到现在，继红宝石激光器为代表的固体激光器之后，气体激光器、化学激光器、染料激光器、原子激光器、离子激光器、半导体激光器、X射线激光器和光纤激光器相继问世。