2016激光发光原理.ppt

激光与半导体光源 梅曼第一台激光器的装置图 激光器的发明 梅曼是美国休斯（Hughes）研究实验室（在加州南部）量子电子部年轻的负责人。1960年，梅曼才33岁，他于1955年在斯坦福大学获博士学位，研究的正是微波波谱学。在休斯实验室梅曼做微波激射器的研究工作，并发展了红宝石微波激射器，不过需要液氮冷却，后来改用干冰冷却。梅曼能在红宝石激光器首先作出突破，并非偶然，因为他已有用红宝石进行微波激射器的经验多年，他预感到红宝石作为激光器的可能性，这种材料具有相当多的优点，例如能级结构比较简单，机械强度比较高，体积小巧，无需低温冷却等等。但是，当时他从文献上知道，红宝石的量子效率很低，例如：外德尔（I.Weider）在1959年曾报导过，量子荧光效率也许仅为1％。如果真是这样，那就没有用场了。梅曼寻找其他材料，但都不理想，于是他想根据红宝石的特性，寻找类似的材料来代替它。为此他测量了红宝石的荧光效率，没有想到，荧光效率竟是75％，接近于1。梅曼喜出望外，决定用红宝石做激光元件。 通过计算，他认识到最重要的是要有高色温（大约5000K）的激励光源。起初他设想用水银灯把红宝石棒放在椭圆形柱体中，这样也许有可能起动。但再一想，觉得无需乎连续运行，脉冲即可，于是决定利用Xe灯。梅曼查商品目录，根据商品的技术指标选定通用电气公司出产的闪光灯，是用于航空摄影的，有足够的亮度。但这种灯具有螺旋状结构，不适于椭圆柱聚光腔。他又想了一个妙法，把红宝石棒插在螺旋灯管之中，红宝石棒直径大约为1厘米，长为2厘米，正好塞在灯管里。红宝石两端蒸镀银膜，银膜中部留一小孔，让光逸出，孔径的大小，通过实验决定。 就这样，梅曼经过9个月的奋斗，花了5万美元，做出了第一台激光器。可是当梅曼将论文投到《物理评论快报》时，竟遭拒绝。该刊主编误认为这仍是微波激射器，而微波激射器发展到了这样的地步，已没有什么必要用快报的形式发表了。梅曼只好在《纽约时报》上宣布这一消息，并寄到英国的《自然》杂志去发表。第二年，《物理评论》才发表他的详细论文。 中国第一台红宝石激光器（1961.9） 在器件设计上，梅曼用螺旋管氙灯照射，我们用光学成像的办法，只用了一支较小的直管氙灯，其尺寸同红宝石棒的大小差不多，用高反射的球形聚光器聚光，使红宝石棒好象泡在光源（氙灯）的像中，所以效率很高，只用了很小的能量激光就出来了。这里要强调一点，建国初期国家在科学学发展方面采取了正确政策，提倡年青一代科学工作者进行创造性的工作。 第二章 激光与半导体光源 2.1 激光的原理、特性和应用 2.2 半导体光源—发光二极管（LED）与半导体激光器（LD） 第二章 激光与半导体光源 2.1.1 波尔假说与粒子数正常分布 2.1.2 自发辐射、受激辐射和受激吸收 2.1.3 粒子数反转与光放大 2.1.4 激光器的基本结构 2.1.5 激活介质的粒子数反转与增益系统 2.1.6 谐振腔与阈值 2.1.7 激光的纵模和横模 2.1.8 几种典型的激光器 尼尔斯·玻尔（丹麦1885～1962） 原子结构学说，具有划时代意义的论文《论原子和分子结构》 1922年，玻尔获得诺贝尔物理奖。 1975年，儿子阿基·玻尔获得诺贝尔物理奖。 1885年10月7日，玻尔生于哥本哈根，父亲克里斯丁·玻尔是哥本哈根大学的生理学教授，母亲出身于一个富有的犹太人家庭，从小受到良好的家庭教育，并爱好足球，曾经和弟弟哈那德·玻尔共同参加职业足球比赛。1903年玻尔进入哥本哈根大学学习物理，1911年获博士学位。随后，他曾在曼彻斯特大学卢瑟福的实验室短期工作。基于卢瑟福的原子核理论和普朗克的量子说，1913年玻尔提出了原子结构的玻尔模型。按照这一模型电子环绕原子核作轨道运动，外层轨道比内层轨道可以容纳更多的电子；较外层轨道的电子数决定了元素的化学性质。如果外层轨道的电子落入内层轨道，将释放出一个带固定能量的光子。玻尔18岁进入哥本哈根大学，很快就成了哥本哈根大学足球俱乐部的明星守门员，他习惯在足球场上一边心不在焉地守着球门，一边用粉笔在门框上排演着公式。玻尔后来进入科研机构，专心于原子物理研究，但他仍不忘心爱的足球，业余时间常把踢足球当做休息,成为一名不折不扣的“科学家球星”。不过他也有分神的时候，据丹麦AB队史料记载，在一场AB队与德国特维达队的比赛中，德国人外围远射，尼尔斯玻尔却在门柱旁边思考一道数学难题。 鲜为人知的是，1922年玻尔获得诺贝尔奖时，丹麦报纸普遍采用的标题是：《授予著名足球运动员尼尔斯·玻尔诺贝尔奖》。但玻尔从未入选过国家队。入选国家队的是他的兄弟Harald August Bohr，丹麦数学家兼足球运动员。 　　1916年任哥本哈根大学物理学教授， 　　1917年当选为丹麦皇家科学院院士