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第六章 发光与耦合器件 半导体激光器 6.1.1 光源的基本参数 1、辐射效率和发光效率 2.光谱功率分布 2.光谱功率分布 2.光谱功率分布 2.光谱功率分布 4.光源的色温 第6章 常用光辐射源 6.2 常用的普通光源 2. 黑体辐射器 2.黑体辐射器 3. 白炽灯与卤钨灯 4 气体放电光源—气体放电原理 制作时在灯中充入发光用的气体，如氢、氦、氘、氙、氪等，或金属蒸气，如汞、镉、钠、铟、铊、镝等。在电场作用下激励出电子和正离子，气体变成导电体。当正离子向阴极、电子向阳极运动时，从电场中得到能量，当它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子。由于这一过程中有些电子会跃迁到高能级，引起原子的激发，受激原子回到低能级时就会发射出可见辐射或红外、紫外辐射。 气体放电光源具有下列共同的特点： 1、发光效率高。比同瓦数的白炽灯发光效率高2~10倍，因此具有节能的特点。 2、结构紧凑。由于不靠灯丝本身发光，电极可以做得牢固紧凑，耐震、抗冲击。 3、寿命长。一般比白炽灯寿命长2~10倍。 4、光色适应性强，可在很大范围内变化。 气体放电灯具有很强的竞争力，因而发展很快，并在光电测和照明工程中得到广泛使用。 6.2.1 发光原理与结构 发光复合究竟在整个过程中占多大的比例，即描述这一物理过程中的数量关系就是内量子效率。 2、发光光谱 3．伏安特性和时间响应 4、发光与电流的关系 从图中可见GaAs1-xPx、Ga1-xAlxAs和GaP（绿色）的发光二极管，其光辐射度与电流密度近似地成正比增加，不易饱和。而GaP：（Zn、O）的红色发光二极管则极易达到饱和。 应用举例： LED数码管 3.超高亮度发光二极管 石家庄市水上公园—LED照明 6.3 激 光( Laser ) ----神奇之光 自发辐射 自发辐射：高能级的原子自发地从高能级E2向低能级E1跃迁，同时放出能量为 的光子 自发辐射的特点：各个原子所发的光向空间各个方向传播，是非相干光。 受激辐射 受激辐射：当受到外来的能量 的光照射时，高能级E2上的原子受到外来光的激励作用向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子的频率、位相和方向完全相同的光子。 光的受激辐射过程 受激辐射的特点 当外来激励光子能量为高低两能级能量差 时，才能发生受激辐射 受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同， 即：频率、位相、偏振和传播方向完全一样 光的受激辐射过程是产生激光的基本过程 3、谐振腔 二、激光器的工作过程 最亮的光 激光来源于受激原子产生的光子（射线）受激辐射。爱因斯坦在1917年预言了该过程的存在。今天，激光奠定了很多消费产品的基础，包括指示器、水平仪和DVD播放机。 最亮的光 最亮的光 最亮的光 2注入的能量激发原子，使它们处在高能态。一些原子会自发地放出一个光子从而回到原来的非激发态。 最亮的光 2注入的能量激发原子，使它们处在高能态。一些原子会自发地放出一个光子从而回到原来的非激发态。 最亮的光 3自发辐射出的光子可以轰击受激原子，激发该原子放出一个全同的光子。 最亮的光 3自发辐射出的光子可以轰击受激原子，激发该原子放出一个全同的光子。 最亮的光 4自这些光子又可以进一步从其他受激原子激发辐射。当原子回到原来状态时，每一个原子都贡献出一个全同的光子。 最亮的光 5这些光子从镜面反射回来，使它们可以激发其他原子放出光子。 最亮的光 6一些光子从部分透射镜面逸出，在腔外形成一束相干光。 三、氦氖激光器—一般采用电激励源 (2)氩离子激光器—工作物质是氩气，在低气压大电流下工作，因此激光管的结构及其材料都与氦氖激光器不同。连续的氩离子几个在大电流的条件下运转，放电管需承受高温和离子的轰击。 (3)二氧化碳激光器—工作物质主要是二氧化碳，掺入少量的N2和He等气体。 2. 气体激光器的特点 四、固体激光器---一般采用光激励源 红宝石激光器是掺有0.05%铬离子的氧化铝单晶体。与红宝石棒平行的是作为激发源的脉冲氙灯。它们分別位于內表面镀铝的椭圆柱体共振腔的两个焦点上。脉冲氙灯的瞬时强烈强光，借助于聚光镜腔体会聚到红宝石棒上，这样红宝石激光器就输出波长为694.3nm的脉冲红光。激光器的工作是单次脉冲式，脉冲宽度为几毫秒量级，输出能量可达1～100焦耳。 五、染料激光器 染料溶解于某种有机溶液中，在特定波长光的激发下，能发射一定带宽的荧光。某些染料，当在脉冲氙灯或其它激光器的强光照射下，可成为具有放大特性的激发介质，用染料激发介质做成的激光器。 六、半导体激光器 它的原理与前面讨论过