应用光电 第二讲(第三次修改).ppt

* * Energy band diagram * * The density of states and energy distribution of E and H * * GaAs homojunction laser diode * * Output properties 光电技术 * * * He-Ne激光器结构 He-Ne激光器的外界激励能源与固体激光器不相同，不能使用光泵激励，而采用电激励的方法。把工作物质封入放电管中，供以直流、交流及射频等方式激励气体放电。通过放电过程把能量传给工作物质，促使气体中的离子、原子被激发。医疗中使用的激励方法主要是以直流电激发出光。大体结构主要有高压变压器、整流与滤波回路、限流与稳流回路组成。 * * 型号 腔长 (mm) 模式 (TEM) 功率 (mW) 工作电流 (mA) 50 500 00 ≥ 7 10 100 1000 00 ≥ 25 14-18 150 1500 00 ≥ 40 18-20 功率稳定性 % 发散角 ≤ ± 5 ≤ 0.75 ≤ ± 5 ≤ 0.75 ≤ ± 5 ≤ 0.75 长 X 宽 X 高 (mm) 580X 100X100 1180X 105X140 1690X 140X170 * * * * 3.5.2 固体激光器 最有代表性的是红宝石激光器和钕钇铝石榴石（Nd3+:YAG）激光器。我们具体分析一下红宝石激光器。 红宝石激光器的结构如下图所示。棒状红宝石（Al2O3）单晶体中掺入0.05%的铬离子（Cr3+），Cr3+为激活粒子，产生受激辐射发光。脉冲氙灯为泵浦源，它位于椭圆柱形聚光镜的一个焦点上，发出的强光经聚光镜反射后，被位于另一个焦点的红宝石棒吸收，形成Cr3+的粒子数反转，发出受激辐射。红宝石棒的两个端面研磨抛光再镀以多重介质膜，形成两个反射镜构成谐振腔，对受激辐射进行放大，最后输出激光。 红宝石激光器输出694.3nm的红色激光。 * * 红宝石激光器结构 红宝石激光器结构原理 * * 红宝石激光器 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1960年梅曼研制成功世界上第一台可实际应用的红宝石激光器。它标志着激光技术的诞生 * * 红宝石激光器原理 红宝石晶体中发射荧光并由此形成激光的是铬离子Cr3+，称为激活离子。其参与激光作用的能级结构。4A2是基态（对应三能级系统的e1），2E能级是亚稳态（对应于三能级系统的e2），4F1和4F2是两个吸收带能级（对应三能级系统的激发态e3）。从4A2向4F1、4F2的跃迁，对应两个强吸收带，中心波长分别约为410nm和560nm，吸收带宽约为100nm。 * * 红宝石激光器原理 红宝石晶体中Cr3+的亚稳态2e能级，实际由2A和E两能级组成。在强光照射下有两条荧光谱线r1和r2。r1和r2分别对应于E→4A2，2A→4A2的跃迁。r1和r2对应的谱线波长为694.3nm和692.9nm；相对强度7：5，线宽都为11cm-1。 * * 红宝石激光器原理 e1 e2 e3 2A E r1 r2 * * 红宝石激光器原理 红宝石晶体在光泵激励下，处于其态4A2的Cr3+，吸收能量后跃迁到激发态4F1和4F2上，粒子在4F1和4F2上的寿命很短，约为10-9s。由于晶体内部晶格振动，大部分粒子通过无辐射跃迁，到达亚稳态能级2e上，因其能级寿命较长，约为3×10-3s。因此2e上积累大量粒子，在2e与4A2（基态）间形成粒子数反转分布，受激辐射将产生694.3nm和692.nm的谱线输出。由于r1线（λ=694.3nm）比r2线（λ=692.9nm）的荧光强度大，r1线先达阈值输出激光。因此，通常红宝石激光器的输出波长为694.3nm。 * * 3.5.3 半导体激光器 与发光二极管类似。半导体p-n结为激活介质，加电（电注入）实现导带价带之间的粒子数反转，发出受激辐射，再由晶体解理面构成谐振腔对光进行放大，输出激光。 不同材料的半导体激光器输出波长不同，一般在0.33μm~44μm之间。常见的GaAs输出波长为0.83μm~0.91μm。 * * 半导体激光器 * * 半导体激光器 光电子学的飞速发展主要是建立在量子力学和材料科学的发展上的，其中尤其瞩目的就是光电子半导体的发展。led，?ld这些神气的电子器件便是这一发展的结果，尤其是近期有机光电材料的发展，更加是极大的推动着光电材料的进步。 首先半导体为什么会发