光电子器件基础与技术lectu课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,光电子器件基础与技术lectu课件,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,光电子器件基础与技术lectu课件,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,光电子器件基础与技术lectu课件,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,光电子器件基础与技术lectu课件,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,光电子器件基础与技术lectu课件,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,光电子器件基础与技术lectu课件,*,光电子器件原理与技术,张伟利 副教授,E-mail: wl_zhang,B209,028-61830652,1,光电子器件基础与技术lectu课件,第二章,- 1.,激光原理,- 2.,激光器种类,- 3.,激光技术,激光原理与技术,选模技术,稳频技术,调,Q,技术,注入锁定技术,锁模技术,2,光电子器件基础与技术lectu课件,模式选择,含有高阶横模的激光束光强分布不均匀，光束发散角大；含有多纵模的激光束干涉性差；因此如何设计改进激光谐振腔获得单模输出是一个重要课题,分类：,横模,纵模,选模技术,3,光电子器件基础与技术lectu课件,横模选择,不同的横模的光增益差别不大，但它们有不同的衍射损耗。尽量加大高阶模和基模之间的衍射损耗差，是实现单横模输出的基本原则,选模技术,4,光电子器件基础与技术lectu课件,衍射损耗,用菲涅尔数,(N=a,2,/L,),反映谐振腔衍射损耗的大小；,a,表示反射镜半径，,L,表示腔长；,00,，,10,表示基模和高阶模的损耗,菲涅尔数 越大，模式鉴别能力越高，单模损耗越低,选模技术,5,光电子器件基础与技术lectu课件,小孔光阑选横模,小孔,小孔,非稳腔选横模（适用于高增益激光器选横模）,微调谐振腔 （腔镜倾斜）,选模技术,6,光电子器件基础与技术lectu课件,扩大相邻纵模的增益差或人为引入损耗差,纵模选择,隔离器,激光工作物质,缩短腔长,行波腔,选模技术,7,光电子器件基础与技术lectu课件,L,激光工作物质,选,择性损耗法,例：,F-P,标准具,在,F-P,腔增加标准具，利用多光束干涉实现对波长的选择,选模技术,8,光电子器件基础与技术lectu课件,组合腔,LD,分布反馈,P-TYPE,n-TYPE,DBR,DBR,DBR,外腔,p-TYPE,n-TYPE,GRATING,选模技术,9,光电子器件基础与技术lectu课件,外界因素对频率稳定性的影响,纵模频率,频率稳定性,谐振腔几何长度变化：温度、振动,折射率变化：温度，放电电流、驱动电流等，,气压、湿度,稳频基本原理：稳定谐振腔光学长度,选择标准参考频率,获取误差信号,驱动电子伺服系统自动调节腔长,稳频技术,10,光电子器件基础与技术lectu课件,兰姆凹陷稳频,压电陶瓷：改变腔长,直流,:,调节单模激光器输出频率,交流信号,:,搜索信号， 判断,+,-,要求兰姆凹陷对称,窄且深,稳频技术,11,光电子器件基础与技术lectu课件,饱和吸收稳频反兰姆凹陷,压电陶瓷,吸收管内充气压,:,110 Pa,，,低压气体吸收峰频率,稳定性好,b(n,1,),稳频技术,12,光电子器件基础与技术lectu课件,无源腔稳频,利用,F-P,干涉仪的透射峰，原理与反兰姆凹陷法相似,稳频技术,13,光电子器件基础与技术lectu课件,调,Q,目的,压窄光脉冲宽度,使有限的激光能量在极短的时间内输出以提高脉冲峰值功率,调,Q,基本思路,抑制弛豫振荡,使激光在粒子数翻转达到最大时的极短时间内发生；,通过某种方法使腔内损耗按规定的程序变化,调,Q,调腔内损耗,Q,开关 执行调,Q,功能的器件,调,Q,技术,14,光电子器件基础与技术lectu课件,规定程序,=,加入阶跃变化的损耗,泵浦激励期间,(,激光产生之前,),：,Q,开关关闭高损耗, (,低,Q),反转粒子数积累,在适当时刻,(?),：,Q,开关打开,低损耗, (,高,Q),受激辐射放大形成巨脉冲,调,Q,技术,15,光电子器件基础与技术lectu课件,电光调,Q,在电光晶体上加电压，折射率变化引起偏振态变化，该种方法控制内腔损耗,电光开关速度快,(ns,量级,),，获得脉冲峰值功率高、脉宽窄,;,声光调,Q,不适于高能调,Q (,对高能激光开关能力差,),被动调,Q,腔内引入饱和吸收体（吸收率随光强增加而跳变）,调,Q,技术,16,光电子器件基础与技术lectu课件,连续激光注入锁定,在一连续激光振荡器中注入一弱的单色激光信号,v,1,，若注入光信号频率足够接近激光器自由振荡频率,v,，则激光振荡模式频率变为,v,1,脉冲激光注入锁定,在调,Q,或增益开关激光器启动过程中注入一弱信号，可使频率与注入频率最近的模式先起振，其它模式被抑制,注入信号强度远远超过自发辐射噪声,注入锁定技术,17,光电子器件基础与技术lectu课件,多模激光器的输出特性,自由运转（非锁模）激光器的输出一般包含若干个超过阈值的纵模每个纵模的电场表达式,总的输出,常数,各纵模振幅、频率、初相不同，输出为多个纵模无规叠加的结果,锁模技术,18,光电子器件基础与技术lectu课件,锁模原理 ：,多纵模相位锁定,锁模物理机制,：采取措施使腔内各个纵模的初始相位保持一致或各纵模间有确定的相位关系,输出为等间隔短脉冲序列,举例,:,三个纵模锁定后的光波叠加,n,1, n,2, n,3,n,2,= 2n,1, n,3,= 3n,1,E,1,= E,2,= E,3,= E,0,j,1,= j,2,= j,3,= 0,锁模技术,19,光电子器件基础与技术lectu课件,n,1,1/3n,1,2/3n,1,0,I(t),0,E(t),极小值,极大值,极大值,极小值,锁模技术,20,光电子器件基础与技术lectu课件,振幅调制,(AM),法锁模 （损耗调制锁模）,振幅调制器,工作物质,E,1,(t),E,2,(t),E,3,(t),其中,锁模技术,21,光电子器件基础与技术lectu课件,相位调制锁模,(,频率调制,),随外加电压变化,相位调制函数,相位调制幅度,频率偏移,锁模技术,22,光电子器件基础与技术lectu课件,t= t,0, t,1, t,2, t,3,.,t= t,0, t,1, t,2, t,3,.,每经过调制器一次会产生频移,使频移增大，最终导致光频移出增益曲线外，不被放大,.,锁模技术,23,光电子器件基础与技术lectu课件,被动锁模,在饱和吸收体中，脉冲尖峰和脉冲前后沿经受相近的增益和相差悬殊的损耗，最终形成强光脉冲的稳定振荡。如饱和吸收染料被动锁模，石墨烯锁模,锁模技术,24,光电子器件基础与技术lectu课件,