光電子材料激光ppt課件-文庫吧資料
2025-05-12 04:11本頁面
【正文】 工作物質(zhì) 激光器最重要的部分是工作物質(zhì)，包括使原子高低能態(tài)分布反轉(zhuǎn)的激活離子和基質(zhì)。 激光器利用 泵浦 (閃光燈或另一種激光器以及氣體放電激勵、化學激 勵、核能激勵 )等激發(fā)源激發(fā)工作物質(zhì)實現(xiàn)激射。 21th1ln21rrLG ?? ?激光器組成： 工作物質(zhì) (基質(zhì)和激活離子 )、激發(fā)源 (泵浦 )、共振腔。 qnL2??nLqf2cc ???激光器的工作原理 ④ 起振的閾值條件 激光器能產(chǎn)生激光振蕩的最低限度稱為激光器的閾值條件。 激光器的工作原理 圖 33 激光器示意圖 激光器的工作原理 ③ 光學諧振腔的諧振條件與諧振頻率 設諧振腔的長度為 L，則諧振腔的諧振條件為 （ 32） 或 （ 33） 式中， c為光在真空中的速度， λ為激光波長， n為激活物質(zhì)的折射率， L為光學諧振腔的腔長， q=1， 2， 3… 稱為縱模模數(shù)。達到一定強度后，就從部分反射鏡 M2透射出來，形成一束筆直的激光。 當它遇到一個高能級上的粒子時，將使之感應產(chǎn)生受激躍遷，在從高能級躍遷到低能級中放出一個全同的光子，為受激輻射。如果自發(fā)輻射的方向不與光學諧振腔軸線平行，就被反射出諧振腔。對于兩個反射鏡，要求其中一個能全反射，另一個為部分反射。 激光器的工作原理 圖 32 光學諧振腔的結(jié)構(gòu) ① 光學諧振腔的結(jié)構(gòu) 在激活物質(zhì)的兩端的適當位置，放置兩個反射系數(shù)分別為 r1和 r2的平行反射鏡 M1和 M2，就構(gòu)成了最簡單的光學諧振腔。 （ 3）光學諧振腔 激活物質(zhì)只能使光放大，只有把激活物質(zhì)置于光學諧振腔中，以提供必要的反饋及對光的頻率和方向進行選擇，才能獲得連續(xù)的光放大和激光振蕩輸出。 物質(zhì)在泵浦源的作用下，使得 N2＞ N1，從而受激輻射大于受激吸收，有光的放大作用。 （ 1）產(chǎn)生激光的工作物質(zhì) 即處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的工作物質(zhì)，稱為激活物質(zhì)或增益物質(zhì) （基質(zhì)材料 +激活離子） ，它是產(chǎn)生激光的必要條件。 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)是使物質(zhì)產(chǎn)生光放大而發(fā)光的首要條件。即在熱平衡條件下，物質(zhì)不可能有光的放大作用。 激光器的工作原理 （ 4）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布與光的放大 受激輻射是產(chǎn)生激光的關鍵。由于這個過程是在外來光子的激發(fā)下產(chǎn)生的，所以這種躍遷稱為受激輻射 —— 激光器。 ② 處于高能級 E2 上的電子是不穩(wěn)定的，即使沒有外界的作用，也會自發(fā)地躍遷到低能級 E1 上與空穴復合，釋放的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去，這種躍遷稱為自發(fā)輻射 —— 發(fā)光二極管。如圖 31所示。 光纖通信用的發(fā)光元件和光檢測元件就是利用這兩種現(xiàn)象。當電子從較高能級 E2躍遷至較低能級 E1時，其能級間的能量差為 ?E =E2?E1，并以光子的形式釋放出來，這個能量差與輻射光的頻率 f 12之間有以下關系式 1212 hfEEE ???? 式中， h為普朗克常數(shù)， f 12 為吸收或輻射的光子頻率。原子有不同穩(wěn)定狀態(tài)的能級。 當光與物質(zhì)相互作用時，光子的能量作為一個整體被吸收或發(fā)射。s（焦耳 ?連續(xù)的高能激光單次輸出能量已達百萬焦耳以上； ?超短脈沖：納秒 皮秒 費秒 阿秒 脈沖功率密度則可高達 1020瓦 /cm2以上。 激光的 特性 使之在光學應用領域帶來了革命性的變化： 方向性 單色性 相干性 高亮度 接近單頻 干涉性好 發(fā)射方向的空間內(nèi)能量高度集中 四十多年來，激光器的品種迅速增加： ? 固體激光器 ? 半導體激光器 ? 固體激光器（ 半導體激光泵浦 ） ? 化學激光器（ HF/DF激光、氧碘化學激光器、 CO2激光、燃料激光、氦氖激光 ） 激光的種類 ? 自由電子激光器 ? x射線激光器
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