光电子器件基础与技术_lecture3(03)

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,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,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,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,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,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,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,*,张伟利 副教授,E-mail:wl_,电子科技大学通信与信息工程学院科,B209,028-61830652,1,-1.,激光原理,-2.,激光器种类,-3.,激光技术,2,激光原理与技术,按激光工作介质,固体激光器,气体激光器,半导体激光器,染料激光器,3,2.1,激光器分类,固体激光器，能量高，输出功率大；但工作物质种类较少，而且单色性差。,气体激光器的单色性强（如氦,-,氖激光器的单色性比普通光源要高,1,亿倍）；工作物质种类繁多，可产生许多不同频率的激光。但气体密度低，体积大。,液体激光器的最大特点是波长可以调谐，适合于对激光波长要求严格的场合。,半导体激光器体积小，重量轻，结构简单；但功率较小，单色性较差。,氦,-,氖激光器产生的激光是由氖原子发射的；,红宝石激光器产生的激光是由铬离子发射的；,二氧化碳分子激光器，它的频率可以连续变化。而且可以覆盖很宽的频率范围。,4,按化学组成,原子激光器,分子激光器,离子激光器,自由电子激光器,准分子激光器,按输出形式,连续光（,CW,）激光器、脉冲激光器,2.2,固体激光器,固体激光器一般采用光激励源，工作物质多为掺有杂质元素的晶体或玻璃。,5,固体激光器的基本结构示意图,常见固体激光器：,红宝石激光器,钕玻璃激光,器,掺钕钇铝石榴石激光器,固体激光工作物质是绝缘晶体，多采用光泵浦。目前的泵浦光源多为工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。,6,椭圆柱聚光腔,泵浦灯在空间的辐射多是全方位的，因而固体工作物质一般都采用圆柱棒形；为了将泵浦灯光能完全聚到工作物质上，必须采用聚光腔。,泵浦系统还要冷却和滤光。冷却方式有液体冷却、气体冷却和传导冷却等，液冷最为普遍。泵浦灯和工作物质之间插入滤光器件滤去泵浦光中的紫外光谱。,7,红宝石激光器,红宝石是,A1,2,O,3,中掺入少量的氧化铬,(Cr,2,O,3,),生长成的晶体，它的光谱特性主要取决于铬离子,(Cr,3,),。,1960,年梅曼研制成功世界上第一台可实际应用的红宝石激光器,这标志着激光技术的诞生。,红宝石激光器为三能级系统，激励氙灯闪光时，处于基态的,Cr,3+,吸收光能跃迁到,E,3,能级；处于,E,3,能级的粒子寿命很短,(,约,10,-9,s),，很快通过无辐射跃迁方式到达,E,2,能级，粒子在,E,2,能级的寿命很长（达,3,10,-3,s,），能在,E,2,能级积累大量粒子，在,E,2,和,E,1,之间形成粒子数反转。,8,E,1,E,3,E,2,红宝石中铬离子的吸收光谱,铬离子的能级图,掺钕钇铝石榴石,(Nd,3,：,YAG),激光器,9,将一定比例的,A1,2,O,3,、,Y,2,O,3,，和,Nd,2,O,3,在单晶炉中进行熔化结晶而成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子,(Nd,3,),Nd,3,能级图,四能级系统,吸收：,750 nm,和,810 nm,辐射：,1064 nm,概率最大,1319 nm,概率较小,950 nm,概率最小,气体激光器是应用广泛，气体激光器一般采用电激励源。常见的气体激光器有,He,Ne,激光器，,CO,2,激光器等。气体激光器效率较高，能以脉冲和连续两种方式工作，常用于精密测量、全息照相等领域。,10,2.3,气体激光器,He-Ne,激光器,11,阴极阳极之间通过充有,He-Ne,混合气体的毛细管放电，激励,He,原子跃迁，,Ne,与,He,原子发生共振能量转移，实现粒子数翻转，,Ne,受激辐射发光。,放电中，被加速的电子撞击,He,原子，使其从基态,1,1,S,0,跃迁到激发态,(2,3,S,和,2,1,S,两个亚稳态,);He,的两个亚稳态能级与,Ne,的,2S,和,3S,态能级相近，位于两个亚稳态上的,He,原子很容易与基态,Ne,原子相碰，放出能量返回基态，而将,Ne,原子激发,:,He*+NeHe+Ne*+E,式中,“,*,”,号表示原子处于激发态。若两种气体原子能量大致相同，相关值,E,很小，就会因碰撞发生能量交换，该过程称为,共振转移,。,12,He-Ne,激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种,13,He-Ne,激光器的基本结构形式,He-Ne,激光器能级图,He,原子没有直接参与发光过程，只是为了提高,Ne,原子的抽运效率,Ne,原子的能级特点决定输出有三种波长可能，哪一条谱线起振完全取决于谐振腔介质膜反射镜的波长选择,14,放电电流对输出功率影响,15,输出功率与放电电流的关系曲线,在最佳充气条件下，使输出功率最大的放电电流叫最佳放电电流,He-Ne,激光器存在着最佳混合比和最佳充气总压强，即存在最佳充气条件,CO,2,激光器,16,与产生激光有关的,CO,2,分子能级图,CO,2,激光器的输出波长在中红外区,10.6m,处，其功率可达数十瓦到数千瓦，用于焊接、切割等工业加工。,