半导体激光器(Semiconductorlaserorlaserdiode)-深圳大学.PPT

典型激光器简介 激光器基本组成包括：工作物质、谐振腔和泵浦系统三大部分 (A laser medium, suitable optical feedback elements, and a pumping process.) 粒子数的正常分布？ 处于低能级上的粒子数在热平衡情况下总是多于高能级上的粒子数，受激吸收占优势 粒子数的反转分布？ 高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数 如何实现粒子数反转？ 把大量的粒子从低能级“搬运”到高能级的过程，称为泵浦或激励； “搬运”粒子的工具－“光泵” 泵浦系统为实现粒子数反转提供外界能量(A pumping process is required to excite atoms in the laser medium into their higher quantum-mechanical energy levels. ) 激励不仅要快，还有强有力 激励作用是通过消耗一定的能量来实现的，产生受激辐射所需要的最小激励能量称为激光器的阈值（threshold） 激励方式（Practical laser materials can be pumped in many ways.） 根据不同激光工作物质的不同而异。如固体工作物质常用强光照射激励，简称光激励；气体工作物质吸收光谱多在紫外波段，多采用气体放电的电子碰撞激励方法 光激励---用光照射工作物质，工作物质吸收光能后产生粒子数反转，可采用高效率、高强度的发光灯、太阳能和激光 放电激励---在放电过程中，气体分子（或原子，离子）与被电场加速的电子碰撞，吸收电子能量后跃迁到高能级，形成粒子数反转 热能激励---用高温加热方式使高能级上气体粒子数增加，然后突然降低气体温度，因高、低能级的热驰豫时间不同，可使粒子数反转 化学能激励——利用化学应过程中释放的能量来激励粒子，建立粒子数反转。为产生化学反应，一般还需采用一定的引发措施，如采用光引发、电引发、化学引发等方式 核能激励——用核裂变反应放出的高能粒子、放射线或裂变碎片等来激励工作物质，也可实现粒子数反转 激励只是一个外部条件，激光的产生还取决于合适的工作物质 二能级系统能否实现粒子数反转??? 亚稳态能级：需要一个可以有较长寿命且能贮存大量粒子的能级，经过不断激发，粒子数反转就能实现，这样的能级称为“亚稳态能级” 可能实现粒子数反转分布的系统可归结为三能级系统和四能级系统 谐振腔的作用：模式选择、提供轴向光波模的反馈 谐振腔是激光器的重要部件，不仅是形成激光振荡的必要条件，而且还对输出的模式、功率、光束发散角等均有很大影响 谐振腔由全反射镜和部分反射镜（输出反射镜）组成，激光由部分反射镜输出。根据实际情况选用稳定腔、非稳腔或临界稳定腔 工作物质形态---可以分为气体、固体、半导体、液体等 工作方式---连续工作(CW or continuous wave lasers)和脉冲工作(Pulsed lasers) 激光技术---调Q激光器(Q-switched lasers)、锁模激光器(Mode locked lasers)、倍频激光器(Frequency doubling lasers)、可调谐激光器(Tunable lasers)、单模和多模激光器(Single-mode and Multi-mode lasers)等 气体激光器:以气体或金属蒸气为发光粒子 气体激光器的激励方式很多，最普通的激励方式是气体放电激励。 气体激光器的工作物质种类多，又能采用多种激励方式，所以覆盖的波段宽，从紫外到亚毫米波。是目前种类最多、激励方式最多样化、激光波长分布区域最宽、应用最广泛的一类激光器。 He-Ne(氦-氖)激光器(helium-neon gas laser) 氦一氖气体激光器：原子激光器类，1961年实现激光输出，多采用连续工作方式，输出功率与放电毛细管长度有关；输出激光方向性好，（发散角达1mrad以下），单色性好（??可小于20Hz），输出功率和波长能控制得很稳定 He-Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管和激光电源组成。激光管由放电管、电极和光学谐振腔组成，放电管是He-Ne激光器的心脏，是产生激光的地方，放电管通常由毛细管和贮气室构成。 由于增益低，谐振腔一般用平凹腔 放电管中充入一定比例的氦（He）、氖（Ne）气体，当电极加上高电压后，毛细管中的气体开始放电使氖原子受激，产生粒子数反转，产生激光跃迁的是Ne气，He是辅助气体，用以提高Ne原子的泵浦速率 最强的谱线有三条：0.6328?m（红色）、3.39?m和1.15?m ，常用的为0.6328?m 四能级系统 固体激光器(Solid-state lasers) 激光介质由掺杂于固体基质中的金属离子（也称激活离子）和基质