必威体育精装版(发光器件).ppt

第四章、发光与耦合器件 第一节、发光二极管 第二节、激光器 第三节、光电耦合器件 为了使发射光具有激光的特点，还必须产生“振荡”。产生振荡的方法是在激光物质的两侧放置相互平行的反射面，这种反射面组称为共振腔。 自发发射的方向不与共振腔轴线平行的光子将被反射出腔外，而平行的自发发射光子才能促使形成受激辐射。也就是说，这些与腔轴平行的光子在腔内两个反射面上来回反射，反复地通过工作物质，依靠受激辐射，光子每通过一次工作物质便得到一次增益，使光子数不断增长，所以共振腔是产生激光的又一必要条件。 如果光子在腔内来回一次所感生出来的光子数比损耗掉的多得多，便可产生激光振荡。 同时光子在两个反射面之间来回反射形成了两列相反方向传播的波，只有这两列波叠加而在腔内形成驻波时，这种振荡才是稳定的。 产生稳定振荡的条件是共振腔的长度L恰好等于辐射光半波长的整数倍。即： 激光器一般是由工作物质、谐振腔和泵浦（pu3）源组成。 二、氦氖激光器 氦氖激光器的工作物质是氦氖混合气体，利用气体电离的方法使粒子数反转。主要发光物质是氖气。 氦氖激光器能够发出三种波长的谱线： 632.8nm： （桔红色）最常用； 1.15μm； 3.39μm； ⑴单色性好，颜色非常纯，相干长度达几十千米。 ⑵方向性强，光束发散角很小，只有几毫弧度，激光束几乎是一条直线。 ⑶结构简单，紧凑，稳定性好。 ⑷造价低廉，使用方便。 氦氖激光器以直流电源驱动，输出光功率可达0.3mW～15mW以上。从结构上分： ⑴全外腔激光器： 优点是：输出线偏振光；反射镜可以随时调整，适于多种实验要求；受温度影响较小。 缺点是：经常需要调整，而调整技术又比较复杂，因而使用不便。 ⑵全内腔激光器： 优点是：使用时不需要调整谐振腔，使用方便。 缺点是：腔管受温度影响较大，输出不稳定。 ⑶半内腔激光器： 它具有上述两种结构的优点。 三、半导体激光器 ⑴电子束激励的半导体激光器 ⑵注入式半导体激光器 ??????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????? 小功率半导体激光器 大功率半导体激光器 ㈠PN结型二极管注入式激光器 半导体激光器的工作物质是半导体材料。P-N结就是激活介质，与结平面垂直的两个对应的晶体解理面（抛光面）构成了谐振腔。其余的前后两面是粗糙的，用来消除主要方向以外的激光作用。当P-N结正向注入电流时，则可激发激光。 注入式半导体激光器的工作过程是，加外电源使PN结进行正偏置。正向电流达到一定程度时，PN结区即发生导带对于价带的粒子数反转。这时，导带中的电子会有一部分发生辐射跃迁，同时产生自发辐射。自发辐射出来的光，是无方向性的。但其中总会有一部分光是沿着谐振腔腔轴方向传播的，往返于半导体之间。通过这种光子的诱导，即可使导带中的电子产生受激辐射（光放大）。受激辐射出来的光子又会进一步去诱导导带中的其它电子产生受激辐射。如此下去，在谐振腔中即形成了光振荡，从谐振腔两端发射出激光。只要外电源不断的向PN结注入电子，导带对于价带的粒子数反转就会继续下去，受激辐射即可不停地发生，这就是注入式半导体激光器的发光过程。 ⑴激光阈值 阈值：在激光器中，要维持激光振荡，不仅需要使光子的生产速率超过吸收速率，而且还要超过光子在结区的损耗率。这种刚好低偿吸收与损耗的光子生产率叫阈值。 ①激光器长度L——L越大，阈值电流越小； ②结区表面的透过损耗——该损耗越大，阈值电流越大； ③激光器的表面反射率——反射率越大，阈值电流越小； ④温度——阈值电流随温度的升高而增大； 影响阈值的因素： 半导体激光器的阈值电流都比较高，由于激光器工作时需要的电流很大，电流通过结和串联电阻时，将使结的温度上升，这又导致阈值电流上升。所以阈值电流很高的激光器，通常用脉冲电流来激励，以降低平均热损耗。 ⑵频谱分布 ☆结型激光器的频谱分布取决于组成激光器半导体材料。适当选择有激光作用的半导体材料，可以得到不同的激光波长。 ☆根据材料及结构的不同，目前半导体激光器的波长为0.33μm~44μm。 ☆优点：体积小、重量轻、效率高、寿命长、使用方便。 一、填空题： 1、发光二极管的发光亮度，基本上是正比于（ ）。 2、氦氖激光器以（ ）电源驱动。从结构上分（ ）（ ）（ ）激光器。 3、