全固态激光器技术.ppt

博士生专业必修课程 全固态激光器技术 DPSSL 2012，04，09 课时安排 第一讲：全固态激光技术的基本概念 （LD泵浦固体介质） 第二讲：全固态激光器的发展水平及 研发实例介绍 课程形式、目标 专题介绍，围绕重点 参考书目 Solid-State Laser Engineering -------- By Walter Koechner Optoelectronics An introduction ---------By John Wilson Laser Focus World SPIE、CLEO 会议专题文集 Applied Physics Letters Optics Letters（Optics Express） Optics Communication 为什么介绍DPSSL技术？ 激光技术发展的热点； 技术/器件应用非常广泛； 涵盖激光器技术全部； 空间中心研究方向之一； 高效率、高可靠、环境友好； 空间激光、激光武器...... LFW的统计资料 LFW的统计资料 电插拔效率 --- 核心原因 千分之几 百分之几 百分之几十 全固态激光器技术基本概念 激光器概述 激光器经典理论基础 激光器传统技术基础 新型光纤激光技术 非线性谐波转换技术 激光（Laser）的物理过程？ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation。 美国休斯研究室： T? H? 梅曼，红宝石 组成激光器的要素 工作介质（增益介质） 抽运源（泵浦源：电、光、化学） 谐振腔（具有正反馈功能） 激光器的分类？ 按工作介质分类： 激光器的类别划分 按工作方式分类 全固态激光器？ 固态激光器技术发展历程回顾 中国第一台红宝石激光器 1961年 长春光学精密机械研究所 直氙灯、镀银、开口 实现 氨分子的MASER ----------- 1954年 Charles H. Townes, Arthur L. Schawlow 提出开放式谐振腔概念 ----------- 1958年 Nicolaas Bloebergen 提出光泵浦实现原子数反转分布构想 60年Laser出现 氨分子Maser ----- 贯通原理 开放式大尺度谐振腔 -- 结构 粒子数反转有手段 ---- 途径 合适的材料 ---- 物质前提 固态激光器技术发展历程回顾 最早的可调谐固体激光器，1966 Ni:MgF2 Co:MgF2 laser Low gain cryogenic cooling -----Phys. Rev. 1966 固体介质可调谐理论 当光子的受激发射与晶格中振动量子（声子）的发射存在耦合时，固体激光器就可以实现可调谐发射。在这种电子振动的激光器中，激光跃迁的总能量是固定的，但可以连续地分配到各个声子中。因此，激光输出波长的调谐范围很大。 固态激光器技术发展历程回顾 固态激光器技术发展历程回顾 固态激光器技术发展历程回顾 SSL实现光谱全覆盖 固体激光器的输出光谱范围，已覆盖紫外（177nm）、可见谱段、近红外谱段、中红外谱段。 已基本能够满足各个领域的应用要求。（借助谐波转换技术！） 固体激光器的发展史，就是固体激光材料的发展历史。 全固态激光器的基本概念 激光器概述 激光器经典理论基础 激光器技术基础 光纤激光器 非线性过程 爱因斯坦（Albert Einstein）的受激发射/受激吸收理论  ---------- 激光理论基石 量子理论具体表述 在物质与辐射场的相互作用中，构成物质的原子或分子可以在光子的激励下产生光子的受激发射或吸收。 辐射理论回顾 黑体辐射 在温度为 T的热平衡下，黑体辐射分配到腔内每个模式（ν）上的平均能量为： 黑体辐射 每个模式上的光子简并度（决定相干性）： 在热平衡条件下， 自然界黑体辐射光波不相干！ 跃迁基本概念 爱因斯坦系数的基本关系 （A 系数、B 系数） 两能级模型– 玻耳兹曼分布 热平衡状态下，N2与N1的关系： 假定能级间辐射光子的波长为1064nm， g2=g1（能级简并度相同），则： 热平衡状态不出现粒子数反转！ 不能出现受激放大！ 两能级模型能级粒子数变化 两能级模型能级粒子数变化 两能级模型能级粒子数变化 两能级系统不