chapter 2 深圳大学 光电检测技术 课件.ppt

* 工作物质：氩气（Ar+） 激光波长：0.4880微米、0.5145微米（蓝绿光） 输出功率：是目前在可见光区连续输出功率最高的激光器（几瓦到几十瓦，高者可达一百多瓦） 由于气体放电过程中电离度不高，而且量子效率比较低，氩离子激光器的能量转换效率较低，一般在10-4 ~ 10-5范围。 2、氩离子激光器 * 一般结构 放电管（核心部件）、电极、回气管（减小放电管内气压差）、谐振腔、轴向磁场（提高激光器的输出功率及寿命） * 激发机理 Ar+的粒子数反转主要靠电子碰撞激发，激发过程包括三种形式： （1）电子与Ar原子碰撞，使其电离成Ar+，Ar+再与电子碰撞而被激发到高能态； （2）电子与Ar原子碰撞后直接将其电离并激发到激发态； （3）电子碰撞先把Ar+激发到更高的能态上，然后Ar+通过辐射跃迁到激光上能级上。 * 工作物质：CO2、N2和He的混合物 激光波长：10.6微米、9.6微米（远红外光） （利用基态的不同振动态的转动能级之间的跃迁，故光子能量小） 特点：激光器效率高、输出能量大、功率高。 3、二氧化碳激光器 * 结构 构成CO2激光器谐振腔的两个反射镜放置在可供调节的腔片架上，最简单的方法是将反射镜直接贴在放电管的两端。 * 激发机理 * ? 气体激光器 He－Ne激光器 CO2激光器 Ar＋离子激光器 工作物质 He＋Ne；Ne决定光谱性能 CO2＋He＋N2；CO2决定光谱性能 Ar；Ar＋决定光谱性能 物理过程 四能级系统 四能级系统 四能级系统 激光谱线 0.6328μm+1.15μm+3.39μm；3.39μm占优势 10.6μm +9. 6μm；10.6μm占优势 0.4880μm+0.5145μm 蓝光和绿光 泵浦源 气体放电激励 气体放电激励 气体放电激励 输出特性 *谱线竞争 *输出功率特性：与放电电流关系很大，存在最佳气体混合比和最佳充气总压强，即存在最佳充气条件和毛细管直径 *放电特性：电流有最佳值 *温度效应：转换效率高，约有60％以上的能量转换为气体的热能，温度升高，粒子数反转减小，谱线加宽增益系数下降 *多谱线工作：每条谱线都有一个阈值电流， *输出功率随放电电流的关系与其他激光器不一样； 特点 *气态物质的光学均匀性一般比较好，使其在单色性和光束稳定性方面有较大优势； *谱线极为丰富；目前已达数千种，从紫外到远红外波段； *大多数能连续运转 *都有瞬时功率不高的特点：工作气体的气压较低，单位体积中粒子数较少，只有固体激光器中激活粒子数密度的千分之一或更少，因而储存的能量少 结构简单，使用方便，光束质量好，工作可靠，容易制造 连续工作脉冲工作均可；输出功率大，效率高；正好处于大气窗口，且对人的眼睛的危害比可见光和红外线小得多 谱线丰富，主要分布在蓝绿光区；连续脉冲工作均可，是目前在可见光区连续输出功率最高的气体激光器 * 三、半导体激光器 半导体激光器，又称激光二极管（即LD） 工作物质：半导体材料 特点：波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且体积小、重量轻、寿命长 。 主要应用领域：信息存储、光纤通信等 * 半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术： 激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面； 光通信、光变换、光互连、 并行光波系统、光信息处理 和光存贮、光计算机外部设 备等方面。 * 1、半导体的能带结构 理想半导体的能谱是由电子的一系列能带组成的，下能带称为价带，上能带称为导带，它们之间不存在电子状态的区域称为禁带。 禁带宽度 Eg = Ec - Ev 其中， Ec —— 导带底的能量 Ev —— 价带顶的能量 * 每个能带实际上由大量极其密集的能级所组成。电子在能级上的分布遵从费米-狄拉克分布。 当温度 T = 0 时，价带是完全填满的，导带是完全空的； 当 T 0 时，价带中填充的电子数多，导带中填充的电子数少。 由于某种原因（如温度升高），电子从价带提升至导带，价带中就因失去电子而存在带正电的空穴。 电子和空穴都称为载流子。 掺杂半导体 N型半导体 —— 依靠电子导电 P型半导体 —— 依靠空穴导电 * 2、半导体受激发射的条件 如果频率为 v 的光在半导体内传播，在光场的作用下，导带中的电子向价带跃迁，与空穴复合，造成一个导带电子和一个价带空穴同时湮灭，发射出一个能量为 hv 的光子。 产生受激发射并得到放大的条件是：导带能级上被电子占据的几率大于与辐射相关的价带能级上被电子占据的几率