《激光器和探测器.pptVIP

武汉天尚光电有限公司 简介 光、可见光、光源、激光 光是一种电磁波 可见光是光的一种，人眼可观察到的光的波长是470-700nm 能发出光的物体叫光源，不管发出的是可见光或是不可见光 激光是不可见光，是电磁波。 电磁波谱 半导体的能带 量子跃迁 光的受激发射：光子激励导带中的电子与价带中的空穴复合，产生一个所有特征（频率、相位、偏振）完全相同的光子。它是半导体激光器的工作原理基础。 光的产生 光是一种电磁波，同时光又是由光子组成的，这称为光的“波粒二相性” 电子跃迁到高能态后，是不稳定的，它随时会返回低能态，这时候它所携带的多余的能量释放出来，就产生一个光子 在自发辐射状态下释放的光子数量很少，而且包含多种频率，所以能量不集中 自发辐射和受激辐射 光辐射分为两类：自发辐射和受激辐射 “自发的”就是光辐射在没有外因的情况下发生的，受激光电子在没有诱因的条件下由导带进入价带。 如果让一个外来的光子击中一个受激的电子，它们之间相互作用，产生一个新的光子辐射，这就是受激辐射。 受激辐射的特征 外来光子激发一个带有相同频率（波长）的辐射，保证所得到的辐射光的光谱很窄。 由于所有光子都是同一方向辐射，因此激光二极管的光电转换效率和输出功率很高。 所有受激光子的发射方向都与激发它们的光子相同，因此受激光有很好的定向性。 由于受激光子仅在有外来光子激发它们的时候才辐射，这两种光子是同步的，时间上是一致的。 光通信中所用的光源-LED LED： Light Emitting Diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光（非激光） LED的心脏是一个半导体的晶片 优点：省电、寿命长、高亮、低热 缺点：能量不集中 其它用途：照明、美化 光通信中所用的光源-激光器 激光：激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是通过受激发射的光放大。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议改称“激光”。 有意思的是，激光器不是光放大器，而是激光产生器。另有光放大器，如EDFA（掺铒光纤放大器）、SOA（半导体光放器） 激光器有很多种：红宝石激光器、气体激光器、半导体激光器。光通信中常用的是半导体激光器 基本条件： 1工作物质：有源区载流子反转分布 2谐振腔：使受激辐射多次反馈，形成振荡 3满足阈值条件，使增益损耗，有足够的注入电流。 正反馈和谐振腔 为了得到所需功率的激光，需要数百万个光子，采用的方法是在激活层的一端放上一面“镜子”，光子不断地被反射回激活层，产生的光子就成几何倍增加。 两面镜子实现光的正反馈，组成谐振腔。 F-P腔激光器和DFB激光器 面发射激光器 FP激光器 FP：Fabry-Pero，法国物理学家法布里和珀罗于1897 年发明光干涉仪 为了进一步提高激光发射效率，使用特别薄的激活区，称为“量子阱” FP激光器TO：全称是“TO封装多量子阱 FP 腔激光器” 它是一种多纵模激光器，可以理解为多波长 FP激光器参数表 FP激光器参数 阈值电流（Ith）:激光二极管开始振荡，产生激光时的正向电流。 驱动电流(Iop)：输出额定光功率下所需的总电流。输出光功率（Po）：工作电流下辐射出的最大连续光功率。 输出光功率（Po）：工作电流下辐射出的最大连续光功率。 FP激光器参数 峰值波长（λp）：在规定输出功率下，最大强度的光谱波长。 P-I曲线：总发射功率（P）与注入电流（I）的关系曲线。 耦合效率：激光器出纤光功率与激光二极管发射光功率的比值。 工作电流和功率 PI曲线和激光器工作原理 光功率 背光探测器 波长、平均波长、峰值波长、中心波长 波长：物理概念，一个波的长度 平均波长：一个激光器发射出的所有光谱 即模式的加权平均值 峰值波长：一个激光器光功率值最大的波长 中心波长：激光器发射光谱中，最大的单纵模波长的中间值 工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系 它可以是固体（晶体、玻璃）气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体 激光器的工作物质决定了辐射的激光波长 激光器波长示意图 FP激光器波长 一个激光器管芯发出的光含有很多种波长 不同波长的功率相差很大 不同的材料发出的波长不同，没有任何一种材料只发出一种波长 FP激光器的辐射出的波长由两个镜子（谐振腔）之间的距离决定，可以有无限多个，但是只有增益大于损耗，才产生光 2L/λ=N,N是一个整数 上升时间和下降时间 上升时间（Tr）：激光器额定功率从10%上升到90%所用的