光电子器件基础与技术_lecture3(03).ppt

1、张伟利 副教授 E-mail: wl_ 电子科技大学通信与信息工程学院科B2091,- 1.激光原理 - 2.激光器种类 - 3.激光技术,2,激光原理与技术,按激光工作介质 固体激光器 气体激光器 半导体激光器 染料激光器,3,2.1 激光器分类,固体激光器，能量高，输出功率大；但工作物质种类较少，而且单色性差。 气体激光器的单色性强（如氦-氖激光器的单色性比普通光源要高1亿倍）；工作物质种类繁多，可产生许多不同频率的激光。但气体密度低，体积大。 液体激光器的最大特点是波长可以调谐，适合于对激光波长要求严格的场合。 半导体激光器体积小，重量轻，结构简单；但功率较小

2、，单色性较差。,氦-氖激光器产生的激光是由氖原子发射的； 红宝石激光器产生的激光是由铬离子发射的； 二氧化碳分子激光器，它的频率可以连续变化。而且可以覆盖很宽的频率范围。,4,按化学组成 原子激光器 分子激光器 离子激光器 自由电子激光器 准分子激光器,按输出形式 连续光（CW）激光器、脉冲激光器,2.2 固体激光器 固体激光器一般采用光激励源，工作物质多为掺有杂质元素的晶体或玻璃。,5,固体激光器的基本结构示意图,常见固体激光器： 红宝石激光器 钕玻璃激光器 掺钕钇铝石榴石激光器,固体激光工作物质是绝缘晶体，多采用光泵浦。目前的泵浦光源多为工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。,6,椭圆柱聚光

3、腔,泵浦灯在空间的辐射多是全方位的，因而固体工作物质一般都采用圆柱棒形；为了将泵浦灯光能完全聚到工作物质上，必须采用聚光腔。,泵浦系统还要冷却和滤光。冷却方式有液体冷却、气体冷却和传导冷却等，液冷最为普遍。泵浦灯和工作物质之间插入滤光器件滤去泵浦光中的紫外光谱。,7,红宝石激光器,红宝石是 A12O3 中掺入少量的氧化铬(Cr2O3)生长成的晶体，它的光谱特性主要取决于铬离子(Cr3)。,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, 这标志着激光技术的诞生。,红宝石激光器为三能级系统，激励氙灯闪光时，处于基态的Cr3+吸收光能跃迁到E3能级；处于 E3 能级的粒子寿命很短(约1

4、0-9s)，很快通过无辐射跃迁方式到达 E2 能级，粒子在 E2 能级的寿命很长（达310-3s），能在 E2 能级积累大量粒子，在 E2和 E1 之间形成粒子数反转。,8,红宝石中铬离子的吸收光谱,铬离子的能级图,掺钕钇铝石榴石(Nd3：YAG)激光器,9,将一定比例的A12O3、Y2O3，和Nd2O3在单晶炉中进行熔化结晶而成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd3),Nd3能级图 四能级系统 吸收：750 nm 和 810 nm 辐射：1064 nm 概率最大 1319 nm 概率较小 950 nm 概率最小,气体激光器是应用广泛，气体激光器一般采用电激励源。常见的气体激光器有HeNe

5、 激光器，CO2激光器等。气体激光器效率较高，能以脉冲和连续两种方式工作，常用于精密测量、全息照相等领域。,10,2.3 气体激光器,He-Ne激光器,11,阴极阳极之间通过充有He-Ne混合气体的毛细管放电，激励He原子跃迁，Ne与He原子发生共振能量转移，实现粒子数翻转，Ne受激辐射发光。,放电中，被加速的电子撞击He原子，使其从基态11S0跃迁到激发态 (23S和21S两个亚稳态); He 的两个亚稳态能级与Ne的2S和3S态能级相近，位于两个亚稳态上的 He 原子很容易与基态 Ne 原子相碰，放出能量返回基态，而将 Ne 原子激发 : He*+NeHe+Ne*+E 式中“*”号表示原子处于激发态。若两种气体原子能量大致相同，相关值 E 很小，就会因碰撞发生能量交换，该过程称为共振转移。,12,He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种,13,He-Ne激光器的基本结构形式,He-Ne激光器能级图 He原子没有直接参与发光过程，只是为了提高Ne原子的抽运效率 Ne原子的能级特点决定输出有三种波长可能，哪一条谱线起振完全取决于谐振腔介质膜反射镜的波长选择,14,放电电流对输出功率影响,15,输出功率与放电电流的关系曲线,在最佳充气条件下，使输出功率最大的放电电流叫最佳放电电流 He-Ne激光器存在着最佳混合比和最佳