《半导体光电子学》第三章.pdf

第三章 激光振荡与工作特性 激光又名镭射 (Laser), 它的全名是“辐射的受激发射光放大”。 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 世界上第一台激光器诞生于1960年，红宝石激光器 中国1961年，长春光机所研制成功红宝石激光器 基本原理是基于1917年爱因斯坦提出的受激辐射理论 1960年7月，世界第一台红宝石固态激光 器问世，标志了激光技术的诞生。 美国休斯公司实验室梅曼演示的。 波长为694.3nm的激光 爱因斯坦的受激辐射理论为实验上获 得激光奠定了理论基础。 没有实验家,理论家就会迷失方向。 没有理论家,实验家就会迟疑不决。 受激辐射的概念爱因斯坦1917提出，激光器却在 1960年问世，相隔43年，为什么？主要原因是普通光 源中的粒子，产生受激辐射的概率极小。 激光原理：受激辐射+光的放大： 产生的光子与外来光子具有相同的特征：频率、相位、振动方 向均相同，即属于同一模式或光子态，受激辐射光为相干光 相干光 激励 (泵浦或抽运) 强相干光 激光 1 2 4 8 产生激光的基本条件 ｌ. 激励能源 ２. 粒子数反转（要有适当的激光工作物质 ） 要有适当的激光工作物质 ３.光学谐振腔（方向性，光放大，单色性） 粒子数反转 E k − kT N N n ∝e 1 2 k E 2 粒子数反转 E 1 产生激光的必要条件：实现粒子数反转。 具有亚稳态的原子结构，才能实现粒子数反转。 红宝石激光器（三能级系统） E3 E3 (10-8s) E3 E2 E2 (10-3s) E2 hν E E E 1 1 1 光学谐振腔—解决受激辐射与自发辐射的矛盾 受激辐射的光子处于相同状态——相干光场. 自发辐射的光子处于非相干状态. 要使受激辐射为主, 则要求 W21=B21w(ν) A21 即要求: w(ν)≥A21/B21 即相干光场的单色辐射能量密度大于某个最小值. 要增大w(ν)必须使激活介质长度远大于其横向尺寸 即由自发辐射光子不断引起受激辐射,使w(ν)不断增大 实际介质并不足够长,只有采用光学谐振腔 它由两个反射镜和激活介质构成一个光学谐振腔 激励能