光电子技术的资料

光电子技术世界上第一台激光器，由修斯研究室的梅曼研制，并最终在1960年成功运转。（红宝石激光器）黑体：能够完全吸收任何波长的电磁辐射。跃迁：原子中的电子在特定的轨道上运动，并具有能量，各能量级能量不连续，当原子从某一能级吸收或释放了能量，转移到另一能级时，就称为跃迁。自发辐射：处于高能级E2上的原子自发的向低能级E1跃迁，并发射一个频率v=（E2-E1）/h的光子的过程称为自发辐射跃迁。受激辐射：处于高能级E2上的原子在频率为v=（E2-E1）/h的辐射场激励作用下或在频率为v=（E2-E1）/h的光子诱发下，向低能级E1跃迁并辐射出一个与激励辐射场光子或诱发光子的状态(包括频率、运动方向、相位等)完全相同的光子的过程称为受激辐射跃迁。受激吸收：受激辐射的反过程为受激吸收过程，一般也称作吸收。激光产生的基本原理：在受激辐射跃迁的过程中，一个诱发光子可以使处在上能级上的发光粒子产生一个与该光子状态完全相同的光子，这两个光子又可以去诱发其他发光粒子，从而产生更多状态相同的光子。必要条件：使激光工作物质处于粒子束反转状态。粒子束反转：采用诸如光照、放电等方法从外界不断地向发光物质输入能量，把处于下能级的发光粒子激发到上能级去，便可使上能级E2的粒子数密度超过下能级E1的粒子数密度的状态。此时，受激辐射大于受激吸收。激光器构造：由三部分构成，包括激光工作物质(基质与激活粒子)、泵浦源（对激光工作物质进行激励）和光学谐振腔（得到稳定、持续、有一定功率的高质量激光输出）。激光粒子的能级系统：1三能级系统2四能级系统（P9页）光学谐振腔：是常用激光器的三个主要组成部分之一。它是在激活物质两端适当位置放置两个反射镜组成。主要作用：1.提供光学正反馈作用。2.产生对振荡光束的控制作用。谐振腔的Q值：品质因数Q=ωW/ρ,式中ω为角频率，W为存储在谐振腔内的能量，ρ为每秒损失的能量。（P21页）横模：激光光束横截面上稳定的光场分布称之为横模。激光纵模：激光器谐振腔内获得振荡的几种波形（波长稍微不同）沿光轴方向的分布。纵模的选择:1短腔法：两个相邻纵模间的频率差Δνq=νq-νq-1=c/2L’(L’=(L-l)+nL表示谐振腔的光学长度；n晶体折射率，L物理长度，l晶体长度，c表示真空中的光速）例：在氦氖激光器中，其荧光谱线ΔνF约为1500MHZ。若激光器腔长为10cm，则纵模间隔Δνq为Δνq=c/2L’=3*108m/s/2*1*10*10-2m=1500MHZ稳频技术:通常讲的频率的稳定性包括两方面：一是“稳定度”，指的是激光器在连续工作期间内它的频率该变量Δν’在振荡频率ν中所占的比例，即Δν’/ν。二是“复现度”，指的是同样设计、同样方法制成的激光器在同样条件下使用时相互之间的频率偏差，或是在完全不同设计、和不同条件下，用相同的能级跃迁所制成的激光器，其振荡频率与与原子跃迁中心频率的偏差，如果这方面的偏差用Δν’’表示，则其在ν中所占比例Δν’’/ν称为复现度。固体激光器：一般采用光激励（泵浦灯），其能量转换环节多，所以效率低。（光的激励能量大部分转换为热能）。气体激光器：一般采用电激励，其效率高、寿命长，长采用连续方式。掺钕钇铝石榴激光器（YAG）：典型的四能级系统，激光波长为1.0641μm，优点是阈值功率低，可以做成连续激光器，输出功率已达千瓦量级。激光输出为多纵模。每次脉冲热释电效应：当强度变化的光打到晶体上，引起材料温度变化——电极化强度发生变化——面电荷发生变化——产生热释电电流。压电晶体：发生压电效应的晶体。压电效应：某些晶体在特定的方向上施加外力，那么就会在某两个表面产生面电荷，当外力消失，晶体回到不带电。量子效率η：灵敏度R从宏观描述了光电探测器的光电、光谱以及频率特性，量子效率则是对同一问题的微观-宏观描述。η=hυRi/e（Ri电流的灵敏度），光谱量子效率：ηλ=hcRiλ/eλ(c是材料的光速)归一化探测度D*：D*大的探测器其探测能力一定好。光电导探测器——光敏电阻：利用光电导效应而工作的探测器。光电导效应是半导体材料的一种体效应，无需形成PN结，故又常称为无结光电探测器。这种元件在光照下会改变自身的电阻率，光照愈强，元件自身的电阻率愈小，因此常常又称光敏电阻或光导管。本征型光敏电阻一般在室温下工作，适用于可见光和近红外辐射探测；非本征型光敏电阻通常必须在低温条件下工作，常用于中、远外辐射探测。由于光敏电阻没有极性，只要把它当做电阻值随光照强度而变化的可变电阻器对待即可，因此在电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析、光电制导、激光外差探测等领域获得了十分广泛的应用。常见的光敏电阻有CdS、CdSe、PbS以及TeCdHg等。其中CdS是工业上应用最多的，而PbS主要用于军事装备。光频外差探测技术：原理：基于两束相干光在探测器光敏面上的相干效应。故也常称为光波的相干探测。相干光：振动方向相同，振动频率相同，相位相同或相位差保持恒定。曼莱-罗威关系：公式（P307页）相互作用中三个光电场光子数的变化关系：ω1和ω3的光子数之和及ω2和ω3的光子数之和在非线性过程中始终保持不变。ω1与ω2光子数之差保持不变。如果频率为ω1与ω2的两个光子同时湮灭，可以产生频率为ω3的一个光子，这就是和频与倍频的情况。反过来ω3光子湮灭，同时产生两个频率为ω1与ω2的光子，这就是参量产生的过程。相位匹配技术：为有效的进行非线性光学频率变换，必须使参与互作用的光波在介质中传播时具有相同的相速度。实现有效频率变换的方法之一是相位匹配技术，利用非线性晶体的双折射与色散特性达到相位匹配。单轴晶体的相位匹配条件及匹配角：(折射率)负单轴晶体——n0>ne。正单轴晶体——ne>n0.二次谐波的产生：能量守恒和动量守恒（P314页）41.参量振荡器：光学参量振荡器（OPO）是利用非线性晶体的混频特性来实现频率变换的器件，其中有一个或两个光波具有振荡特性，具有谐振腔。具有调谐范围宽、结构简单及工作可靠等特性。光学参量放大的原理：实质上是一个差频产生的三波混频过程。由曼莱-罗威关系可知，在差频过程中，每湮灭一个最高频率的光子，同时要产生两个低频光子，在此过程中这两个低频获得增益，因此光学参量放大器可作为他们的放大器。如果将非线性晶体置于谐振腔中，并用强的泵浦光照射，当增益超过损耗时，在腔内可以从噪声中建立起相当强的信号光及空闲光。在光学参量振荡器中建立起来的两种频率的光波，任何一个光波都可以称为信号光或者空闲光。42.参量振荡器的阈值：判断阈值与什么参量有关系？（P331页公式）式中，k=；gs为模耦合系数；l为有效参量增益长度；τ为1/e2处脉冲半宽度；L=L’+(n-1)l;L’为OPO腔长；l为非线性晶体