激光原理第五章.ppt

CO2激光器中与产生激光有关的CO2分子能级图如图(5-13)所示。 图(5-13) 与产生激光有关的CO2分子能级图 跃迁几率大 2. CO2激光器的输出特性 相应于CO2激光器的输出功率，其放电电流有一个最佳值。CO2 激光器的最佳放电电流与放电管的直径，管内总气压，以及气体混合比有关。 (1) 放电特性 CO2激光器的转换效率是很高的，但最高也不会超过40％，这就是说，将有60％以上的能量转换为气体的热能，使温度升高。而气体温度的升高，将引起激光上能级的消激发和激光下能级的热激发，这都会使粒子的反转数减少。并且，气体温度的升高，将使谱线展宽，导致增益系数下降。特别是，气体温度的升高，还将引起CO2分子的分解，降低放电管 内的CO2分子浓度。 (2)温度效应 5.2.3 Ar+离子激光器 1. Ar＋激光器的结构 Ar＋激光器一般由放电管、谐振腔、轴向磁场和回气管等几部分组成。如图(5-14)所示为石墨放电管的分段结构 。 图(5-14) 分段石墨结构Ar+激光器示意图 2. Ar＋激光器的激发机理 Ar＋激光器与激光辐射有关的能级结构如图(5-15)所示 图(5-15) 与产生激光有关的Ar+的能级结构 3. Ar＋激光器的工作持性 Ar＋激光器可以产生多条激光谱线，对应每条谱线都有一个 阈值电流。最强谱线:0.4880um,0.5145um (1)多谱线工作 (2)输出功率与放电电流的关系 由于Ar＋激光器特殊的激发机制，其输出功率随放电电流的变化规律与其它激光器有所不同，图(5-16)示出了其间的关系曲线。 图(5-16) Ar+激光器输出功率随放电电流变化曲线 §5.3 染料激光器 5.3.1 染料激光器的激发机理 1. 染料分子能级 染料分子能级图是如图(5-17)所示的准连续态能级结构。 图(5-17) 染料分子能级图 2.染料分子的光辐射过程 如图(5-18)所示染料的吸收-荧光光谱图 图(5-18) 染料的吸收-荧光光谱图 3. 染料分子的三重态“陷阱” 5.3.2 染料激光器的泵浦 1.闪光灯脉冲泵浦 泵浦用闪光灯有两种结构，普通直管式和同轴式。 2.激光脉冲泵浦 能够用于泵浦染料激光器的激光种类很多，主要有氮分子激光器(0.337?m)，红宝石激光器(0.6943?m)，YAG激光器(1.06?m)，铜蒸气激光器(0.5106?m、0.5782?m)，准分子激 光器(主要在紫外区) 以及这些激光的二次、三次谐波等。 Nd:YAG Brilliant B Dye Laser TDL-90 Laser Source Tunable Dye Laser Pumped By Nd: YAG Laser Alignment of the dye laser Optics 5.3.3 染料激光器的调谐 1. 光栅调谐 图(5-20)是一种光栅-反射镜调谐腔，放在腔中的光栅G具有 扩束和色散作用。 图(5-20) 光栅-反射镜调谐腔 2. 棱镜调谐 图(5-21)是一种折叠式纵向泵浦染料激光器原理图，腔内放置的棱镜是一种色散元件。 图(5-21) 棱镜调谐腔 §5.4 半导体激光器 5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件 1.在一个具有N个粒子相互作用的晶体中，每一个能级会分裂成为N个能级，因此这彼此十分接近的N个能级好象形成一个连续的带，称之为能带，见图 图(5-23) 固体的能带 2. 纯净(本征)半导体材料，如单晶硅、锗等，在绝对温度为零的理想状态下，能带由一个充满电子的价带和一个完全没有电子的导带组成，如图 图(5-24) 本征半导体的能带结构 3.热平衡时，电子在能带中的分布不再服从玻尔兹曼分布，而服从费米分布，能级E被电子占据的几率为 4.杂质半导体中费米能级的位置与杂质类型及掺杂浓度有密切关系。为了说明问题，图(5-25)给出了温度极低时的情况。 5.在半导体中产生光放大的条件是在半导体中存在双简并能带，并且入射光的频率满足 图(5-25) 费米能级的位置与杂质类型及掺杂浓度关系 5.4.2 PN结和粒子数反转 1. P-N结的双简并能带结构 把P型和N型半导体制作在一起，是否可能在结区产生两个费米能级呢？ 未加电场时，P区和N区的费米能级必然达到同一水平，如图(5-26)。 图(5-26) PN能带 在P-N结上加以正向电压V时，形成结区的两个费米能级 和 ，称为准费米能级，如图(5-27)。 图(5-27) 正向电压V时形成的双简并能带结构 * 第五章 典型激光器介绍 * 激光原理及应用 * * * * 激光原理及应用 * 第五章 典型激光器