《光电子技术》课件:§1.5 典型激光器.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《《光电子技术》课件:§1.5 典型激光器.ppt》由用户(罗嗣辉)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 光电子技术 光电子技术课件:§.5 典型激光器 光电子 技术 课件 1.5 典型 激光器
- 资源描述:
-
1、第第章章 光辐射与发光源光辐射与发光源本本 章章 概概 述述 电磁波谱与光辐射电磁波谱与光辐射 (1-11-1)掌握)掌握电磁波的性质电磁波的性质和和光辐射的特点光辐射的特点 辐射度学与光度学基本知识辐射度学与光度学基本知识 (1-21-2)理解)理解七个辐射量和光度量七个辐射量和光度量的概念的概念 热辐射基本定律热辐射基本定律 (1-31-3) 掌握掌握三个定律三个定律和和三个公式三个公式 激光原理激光原理 (1-1-4 4)掌握)掌握激光激光产生的物理机制产生的物理机制 典型激光器典型激光器 (1-1-5 5)了解几种)了解几种常见激光器常见激光器Planck公式公式0 维恩维恩公式公式
2、瑞利瑞利-琼斯琼斯公式公式Planck公式公式维恩维恩位移定律位移定律斯忒藩斯忒藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律0dd热辐射基本定律热辐射基本定律上节主要内容回顾上节主要内容回顾基尔霍夫辐射基尔霍夫辐射定律定律上节主要内容回顾上节主要内容回顾激光原理激光原理激光及其特性激光及其特性单色性好,方向性好,亮度高,相干性好单色性好,方向性好,亮度高,相干性好激光器的发展历史激光器的发展历史光辐射量子理论光辐射量子理论三种原子跃迁过程,爱因斯坦关系式三种原子跃迁过程,爱因斯坦关系式激光产生的必要条件激光产生的必要条件粒子数反转,提高光子简并度粒子数反转,提高光子简并度激光器的基本结构激光器的基本结构激光工作
3、物质,泵浦源,谐振腔激光工作物质,泵浦源,谐振腔第第章章 光辐射与发光源光辐射与发光源本本 章章 概概 述述 电磁波谱与光辐射电磁波谱与光辐射 (1-11-1)掌握)掌握电磁波的性质电磁波的性质和和光辐射的特点光辐射的特点 辐射度学与光度学基本知识辐射度学与光度学基本知识 (1-21-2)理解)理解七个辐射量和光度量七个辐射量和光度量的概念的概念 热辐射基本定律热辐射基本定律 (1-31-3) 掌握掌握三个定律三个定律和和三个公式三个公式 激光原理激光原理 (1-1-4 4)掌握)掌握激光激光产生的物理机制产生的物理机制 典型激光器典型激光器 (1-1-5 5)了解几种)了解几种常见激光器常见
4、激光器本章主要内容本章主要内容n1.5.11.5.1 典型激光器典型激光器n1.5.2 激光的应用 按工作物质可按工作物质可分成四类分成四类:固体激光器固体激光器;气体激光器气体激光器;液体激光器液体激光器;半导体激光器半导体激光器一、固体激光器一、固体激光器1光泵激励光泵激励以以掺杂掺杂的的晶体或玻璃晶体或玻璃为工作物质。受激离子浓度大,为工作物质。受激离子浓度大,亚稳态寿命长,故容易获得大能量输出。连续功率亚稳态寿命长,故容易获得大能量输出。连续功率可达可达KW级、脉冲峰值功率级、脉冲峰值功率TW级。级。 1)采用气体放电灯进)采用气体放电灯进行泵浦,并采用椭圆行泵浦,并采用椭圆聚光腔聚光
5、腔,但效率很低,但效率很低(小于(小于3%)。)。1.5.1 典型激光器典型激光器2)采用半导体激光器()采用半导体激光器(LD)进行泵浦,)进行泵浦, 效率可达效率可达720%。 1.5.1 典型激光器典型激光器2 2 红宝石激光器红宝石激光器是世界上第一台激光器,是世界上第一台激光器,1960年由美国人梅曼发明。年由美国人梅曼发明。(1)工作原理工作原理工作物质:工作物质:Al2O3+0.05%Cr3+(重量比重量比)能级结构:能级结构:Cr3+的的三能级三能级系统系统E1=4A2 , E2=2E, E3=4F1,4F2,E2为亚稳能级,寿命约为亚稳能级,寿命约3毫秒毫秒4A24F24F1
6、A2E2E0.42 m0.55 R1R2输出波长:输出波长:R1优先线起振,输出波长优先线起振,输出波长694.3nm(红光)红光)。1.5.1 典型激光器典型激光器(2) 红宝石激光器的泵浦系统和结构红宝石激光器的泵浦系统和结构 光泵浦光泵浦,由于红宝石吸收峰在蓝、绿区,用,由于红宝石吸收峰在蓝、绿区,用脉冲脉冲氙灯氙灯泵浦,光谱匹配较好。若需大功率,多灯泵浦,泵浦,光谱匹配较好。若需大功率,多灯泵浦,可用双椭圆腔。较高重复率使用时,灯和激光棒都需可用双椭圆腔。较高重复率使用时,灯和激光棒都需要水冷。要水冷。1.5.1 典型激光器典型激光器(3)红宝石激光器的红宝石激光器的应用特点应用特点
7、由于红宝石激光器是三能级结构由于红宝石激光器是三能级结构,有较高的泵浦能有较高的泵浦能量阈值量阈值, 所以通常只能以脉冲方式运转所以通常只能以脉冲方式运转. 较高的泵浦能量阈值限制了其应用较高的泵浦能量阈值限制了其应用,但输出的是可但输出的是可见光见光,在动态信息、医学等方面仍有应用价值。在动态信息、医学等方面仍有应用价值。 采用调采用调Q和和锁模技术可获得锁模技术可获得超短超短脉冲脉冲输出输出: 调调Q脉冲脉冲:峰值功率达峰值功率达107W,脉脉宽为宽为10-20ns; 锁模脉冲锁模脉冲: 峰值功率达峰值功率达109W,脉宽为脉宽为10ps.1.5.1 典型激光器典型激光器激活粒子是钕离子激
8、活粒子是钕离子(Nd3),其吸收光谱见下图,其吸收光谱见下图.3 钕激光器钕激光器典型的有:典型的有:Nd:YAG和钕玻璃激光器和钕玻璃激光器常常用用氪氪灯灯810nm750nm1.5.1 典型激光器典型激光器(1) (1) 掺钕钇铝石榴石激光器(掺钕钇铝石榴石激光器(Nd:YAGNd:YAG)1)工作原理工作原理工作物质:工作物质:Nd:YAG=Y3Al5O12+1.0-1.2%Nd2O3 (原子百原子百分比分比)能级结构:能级结构:Nd3+的的四能级四能级:E1=4I9/2,E2=4I11/2,E3= 4F3/2,E4= 4S3/2,4F7/2 , , 4F5/2,2A9/2输出波长:输出
9、波长:1.064 m (红外红外)氪灯氪灯 4S3/2 4F7/2 4F5/2 2A9/24F3/24I11/24I9/20.750.811.0644I13/21.3190.951.5.1 典型激光器典型激光器2) Nd:YAG激光器的泵浦激光器的泵浦吸收光谱在近红外波段,常用吸收光谱在近红外波段,常用氪灯氪灯泵浦,并用泵浦,并用椭圆椭圆聚光腔聚光腔提高泵浦效率。提高泵浦效率。3) Nd:YAG激光器的脉冲输出激光器的脉冲输出 由于由于Nd:YAG为四能级系统,阈值比红宝石激光为四能级系统,阈值比红宝石激光器低得多,所以激光效率比红宝石激光器高得多,可器低得多,所以激光效率比红宝石激光器高得多
10、,可连续或脉冲以高重复率运转连续或脉冲以高重复率运转. 调调Q峰值功率可达数峰值功率可达数108W;脉宽为;脉宽为ns量级量级 锁模锁模峰值功率可达数峰值功率可达数1010W,脉宽为,脉宽为ps量级量级.1.5.1 典型激光器典型激光器(2)(2)钕玻璃激光器钕玻璃激光器工作物质:工作物质:各向同性玻璃各向同性玻璃+Nd2O3 1-5%重量比重量比能级结构能级结构: Nd3+的的四能级四能级.输出波长输出波长: 最强辐射最强辐射1.060微米微米与与YAG比较比较:1)能级结构基本相同能级结构基本相同(只是能级间隔稍不同只是能级间隔稍不同)2) 容易做成大尺寸,且容易做成大尺寸,且荧光寿命荧光
11、寿命较长(较长(0.6-0.9ms,而而YAG约为约为0.23ms),故故输出能量大输出能量大。3)钕玻璃的钕玻璃的荧光线宽荧光线宽更宽更宽,锁模脉宽更小锁模脉宽更小(Ec-Ev=Eg,这就要求重掺杂这就要求重掺杂,并加足并加足够的正向电压够的正向电压V. e(VD - V)EFcEcEFvEv1.5.1 典型激光器典型激光器 e(VD- V)EFcEcEFvEv(2)输出特性)输出特性最小注入电流最小注入电流阈值电流阈值电流,是半导体激光器的重要参数是半导体激光器的重要参数之一,与材料、工艺结构等之一,与材料、工艺结构等因素密切相关,且随温度升因素密切相关,且随温度升高而增大。高而增大。 注
12、入电流低于、等注入电流低于、等于、高于阈值电流时,于、高于阈值电流时,p-n结激光器的光输出结激光器的光输出与频率的关系不同与频率的关系不同.输出的波长输出的波长 = Eg/h 1.5.1 典型激光器典型激光器4 半导体激光器的谐振腔半导体激光器的谐振腔 直接利用半导体的解直接利用半导体的解理面组成的平行平面组成理面组成的平行平面组成谐振腔。谐振腔。 反射率通常在反射率通常在30-50%,表明损耗较大,但半导体表明损耗较大,但半导体的转换效率很高,达的转换效率很高,达30%以上,足以维持足够的增以上,足以维持足够的增益。益。 此外,通过镀膜,还可此外,通过镀膜,还可提高端面的反射率,获得提高端
展开阅读全文