光电子学(第三章2)摘要.ppt

先：均匀加宽功率与透过率关系，透射率与光强不为线性， 分子分母出现，最佳透射率； 后：dP/dt=0，最佳透过率 G0（小信号增益系数）大，L长，tm大； 思路： 激光器稳定输出功率 §3-1激光特性 §3-2光学谐振腔 §3-3激光产生阈值条件 §3-4激光纵模与频率特性 §3-5激光横模及高斯光束 §3-6连续激光器输出功率与最佳透过率 注意：非均匀加宽最佳透过率复杂，未讨论。 光波腔内传输，多种损耗，决定增益阈值。(3-3-10)，介质吸收，散射损耗小，?i?0（内部损耗），a=a1+a2，t=t1+t2（镜面损耗）： 增益系数 激光器稳态，输出稳定值。影响输出功率因素。 均匀加宽增益阈值 均匀加宽激光器，纵模?q中心?0附近，增益： 均匀加宽增益 均匀加宽激光器 光强介质传播单位距离?百分比?i §3-1激光特性 §3-2光学谐振腔 §3-3激光产生阈值条件 §3-4激光纵模与频率特性 §3-5激光横模及高斯光束 §3-6连续激光器输出功率与最佳透过率 稳态 解稳态光强： 激光腔，谐振腔端面反射，前进与反射波叠，成驻波。 稳态光强 激光达端面，透射率t1，t2 A截面积，t=t1+t2总透过率，I（稳态光强I=I++I-）代入： §3-1激光特性 §3-2光学谐振腔 §3-3激光产生阈值条件 §3-4激光纵模与频率特性 §3-5激光横模及高斯光束 §3-6连续激光器输出功率与最佳透过率 设：前进波I+； 反射波I-； 某点I =I++ I- 损耗小（反射，透射与衍射），近似I+?I-，I=2I+=2I- 激光器稳定输出功率： Is饱和参量，G0小信号增益系数；L增益介质长度；a镜面损耗率；(a+t)小 (3-6-7)改： 2G0L/(a+t)激发参量。 (3-6-9)，影响P（激光器稳定输出功率）因素： ① P与激发参量（2G0L/(a+t)）有关 ?激发参量，?小信号增益系数(G0)，?L?损耗（a镜面损耗率，t透射率） ② 输出功率与透射率(t)非线性关系 t?，透射率?，输出功率?；t?，腔内损耗?，输出功率?（P式分子（母）出现t）； 预料：透射率有最佳值，输出功率最大。 连续激光器输出功率与最佳透过率 激光器稳定输出功率 §3-1激光特性 §3-2光学谐振腔 §3-3激光产生阈值条件 §3-4激光纵模与频率特性 §3-5激光横模及高斯光束 §3-6连续激光器输出功率与最佳透过率 dP/dt=0，最佳透过率： G0（小信号增益系数）大，L长，tm大； 最佳透射率，输出功率（A截面积）： 求透射率最佳值： 激光器稳定输出功率 实验测tm，经验公式求pm 图3-6-2不同a（镜面损耗率）tm与2G0L关系； 图3-6-3 P?t关系 相同t镜面损耗率大，稳定输出功率小 图3-6-2 tm?2G0L关系 相同2G0L，镜面损耗率a大，tm大 §3-1激光特性 §3-2光学谐振腔 §3-3激光产生阈值条件 §3-4激光纵模与频率特性 §3-5激光横模及高斯光束 §3-6连续激光器输出功率与最佳透过率 图3-6-3不同a P~t 半导体激光器—绝缘体、半导体和导体能带 E Eg 禁带 绝缘体 价带 导带 导带 价带 E Eg 禁带 半导体 导带 价带 E 导体 相连 重叠 金刚石两个C原子相距15nm， Eg=5.33eV Si ?Eg=1.14eV Ge ?Eg=0.67eV GaAs ?Eg=1.43eV §3-1激光特性 §3-2光学谐振腔 §3-3激光产生阈值条件 §3-4激光纵模与频率特性 §3-5激光横模及高斯光束 §3-6连续激光器输出功率与最佳透过率 费密分布函数特性 第一，EF描述电子能级填充水平假想能级 EF大，处高能级电子多； EF小，高能级电子少。 第二，能级图中位置与材料掺杂有关 本征半导体，处禁带中央，0K， 导带EEF，f(E)=0； 价带EEF，f(E)=1， 电子全处价带，半导体不导电。 §3-1激光特性 §3-2光学谐振腔 §3-3激光产生阈值条件 §3-4激光纵模与频率特性 §