2 第二章 光电子材料基础.ppt

* * 2.3.8 激光应用 在工业制造中可进行精确的切削、钻孔和表面改性 做精密的医疗手术 作用于微型靶实现激光核聚变。 （1） 激光可在很小的区域上聚焦很高的功率密度： * * 激光打孔 激光切割 * * 布满全球的光纤网，加上卫星通信网，形成了信息高速公路的基础； 光存储、激光全息、激光照排、打印及条码扫描技术等，提供了全新的多样化的信息服务。 （2）激光光谱技术比传统的分辨率提高了百万倍，灵敏度提高了百亿倍；激光为信息技术开拓了丰富的频率资源； * * 全息照相 * * 激光瞄准、制导、测距 激光雷达 激光引信 激光致盲传感器 高能强激光武器 （3） 激光技术开辟了崭新的军事应用： * * 低能激光武器 高能激光武器 * * （4）激光光盘 存储密度大 保存时间长 信息处理方便 * * 激光器的输出水平不断提高： 中、小功率器件 高功率、高能量激光器； 脉冲体制从连续波、准连续波到各种短脉冲、超短脉冲的激光。 连续的高能激光单次输出能量已达百万焦耳以上； 超短脉冲：纳秒 皮秒 飞秒 阿秒 脉冲功率密度则可高达1020瓦/cm2以上。 2.3.9 激光发展新特点 * * 输出激光的频率覆盖着越来越广的范围： 长至亚毫米（太赫兹） 短至x射线 γ激光也在探索中，分立的激光谱线达几千条； * * 2.4 光电子集成技术 早在上世纪70年代初，以A.Yariv和K.Hayashi为代表的一批科学家就提出一个诱人的发展方向——光电子集成（opto electronic integrated circuit，OEIC）。他们受到微电子集成辉煌成就的鼓舞，企望把光电子与微电子器件集成在一片基片上，从而获得在信息工程系统上的深远应用。 光电器件和电子器件已经到了很高的发展水平。然而，它们之间的连接和耦合还有很多的问题需要解决，包括兼容性、瓶颈效应和耦合损耗等。 1978年，美国第一次成功研制出世界上第一个OEIC器件。80年代中期实现了PIC（Photonic IC）。尽管国内外目前大力发展OEIC和PIC研究，但光电子集成技术仍处于实验室研发阶段，还有很长的路要走。 * * OEIC器件可分为光电子集成（OEIC）器件和光子集成（PIC）器件 OEIC 利用光电子技术和微电子技术将光子器件和电子元件单片集成在同一衬底上的单片光电子集成电路器件，主要由LD、发光二极管（LED）、光电二极管（PD）、调制器等光电子有源器件和光波导、耦合器、分裂器、光栅等无源器件，以及各种场效应晶体管（FET）、异质结双极晶体管（HBT）、高电子迁移率晶体管（HEMT）驱动电路、放大器等电子元件构成，其集成方式可以是上述光电器件的部分组合或全部组合。 PIC 将传统的一系列分立光学器件如棱镜、透镜、光栅、光耦合器等平面化、微型化后形成的一种集成化的光学系统。 * * 集成光路简单实例 * * 1 * * 染料激光器 以某种有机染料溶解于一定溶剂中作为激活介质的激光器 波长可调谐，调谐范围宽（0.34~1.2μm） 每个脉冲激光能量可达数十焦耳，峰值功率达几百兆瓦，能量转换效率高达50% 结构简单 价格便宜 稳定性差 * * 染料分子的结构 与激光有关的染料都含有单键和双键构成的碳原子链（共轭双键）。染料分子的荧光波长主要取决于碳原子链的长度，链长则荧光波长也长，但链过长，就会变得不稳定而容易断裂。 若丹明-6G和香豆素2的分子结构式 * * 染料分子的能级 单态 激发单态 激发三重态 染料为大分子结构，振、转动能级耦合及染料分子与溶剂分子的碰撞使能级展宽为宽的能带。 * * 染料的吸收和发射过程 振动原子的距离 分子的振动能量 染料分子的激光过程是一个四能级系统，并且其发射的荧光波长较之吸收波长，有斯托克斯频移。 泵浦：光激发，通常为激光激发，将染料分子激发到S1能级。 激励方式：横向和纵向 * * 激光的猝灭 由于S1 S0的发射能量与T1 T2的吸收能量接近，所以，如果有大量染料分子积累在T1态上，发出的激光就会被T1态吸收，称这种现象为激光猝灭。 消除激光猝灭方法：使溶液富含氧，T1态能量通过氧迅速释放返回基态S0。 染料激光器的调谐 发展染料激光器的主要目的就是要实现激光波长的调谐。波长能在几十纳米范围连续可调，这是染料激光的特点或优点。 调谐方法: 光栅衍射法或色散频谱上狭缝移动法。 * * 常用染料的波长范围 染料 波长范围/nm 对三联苯 322~365 四甲基伞形酮47 391~567 香豆素47 440~506 香豆素48 447~569 若