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2025-06-23 22:05本頁面
【正文】 Y2O3＋ Nd2O3； Nd3＋ 決定光譜性能 物理過程 三能級系統(tǒng) 四能級系統(tǒng) 激光譜線 +； 勢 +；一般只產(chǎn)生 泵浦源 脈沖氙燈 氪燈 由于固體激光器的工作物質(zhì)是絕緣晶體，所以一般用光泵浦源激勵(lì) 泵浦特點(diǎn) *泵浦燈和激光棒分別位于橢圓聚光腔的兩條焦線上 *泵浦光源中僅有少部分與工作物質(zhì)吸收帶相匹配的光能是有用的。 優(yōu)缺點(diǎn) 閾值高、溫度效應(yīng)非常嚴(yán)重、室溫下不適于連續(xù)和高重復(fù)率工作 閾值低、有優(yōu)良的熱學(xué)性質(zhì)、適于連續(xù)和高重復(fù)率工作；是目前能在室溫下連續(xù)工作的唯一實(shí)用的固體工作物質(zhì) 輸出特性 大多數(shù)為脈沖激光器，產(chǎn)生的激光脈沖是一系列的尖峰，寬度約為幾個(gè)微米 轉(zhuǎn)換效率低 (總體效率：激光輸出與泵浦源的電輸入之比 ) 總體效率大概為 %1% 1%3% 特點(diǎn) 輸出能量大；峰值功率高； 固體激光器的基本結(jié)構(gòu)與工作物質(zhì) 、泵浦系統(tǒng)、諧振腔和冷卻、濾光系統(tǒng)構(gòu)成的。 圖 51 固體激光器的基本結(jié)構(gòu)示意圖 固體激光器的基本結(jié)構(gòu)與工作物質(zhì) 圖 (53) 紅寶石中鉻離子的能級結(jié)構(gòu) 固體激光器的基本結(jié)構(gòu)與工作物質(zhì) (Nd3＋ ： YAG) ?工作物質(zhì) :將一定比例的 A12O Y2O3，和 Nd2O3在單晶爐中進(jìn)行熔化結(jié)晶而成的，呈淡紫色。它屬于四能級系統(tǒng)。泵浦光源應(yīng)當(dāng)滿足兩個(gè)基本條件。 (56)所示的橢圓柱聚光腔是小型固體激光器中最常采用的聚光腔，它的內(nèi)表面被拋光成鏡面，其橫截面是一個(gè)橢圓。常用的冷卻方式有液體冷卻、氣體冷卻和傳導(dǎo)冷卻等，其中以液冷最為普遍。 固體激光器的輸出特性 1. 固體激光器的激光脈沖特性 2. 轉(zhuǎn)換效率 ?總體效率定義為激光輸出與泵浦燈的電輸入之比。泵浦光愈強(qiáng)，短脈沖數(shù)目愈多，其包絡(luò)峰值并不增加。 ?可調(diào)諧固體激光器主要有兩類，一類是色心激光器，一類是用摻過渡族金屬離子的激光晶體制作的可調(diào)諧激光器。 ?從二十世紀(jì)七十年代起開始研制的板條形固體激光器，就是針對克服工作物質(zhì)中的熱分布及其引起的一系列如折射率分布、應(yīng)力雙折射等固有矛盾而提出的一種結(jié)構(gòu)方案，其結(jié)構(gòu)如圖 (58)所示。 半導(dǎo)體激光器工作原理 ? 光與物質(zhì)相互作用的三種基本方式 ? 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ? 激光振蕩和光學(xué)諧振腔 光與物質(zhì)相互作用的三種基本方式 ? 自發(fā)輻射 —— 無外界激勵(lì)而高能級電子自發(fā)躍遷到低能級 ， 同時(shí)釋放出光子 。 ? 受激吸收 —— 低能級電子在外來光作用下吸收光能量而躍遷到高能級。 若 N2＞ N1，受激吸收小于受激輻射 ， 光通過該物質(zhì)時(shí) ， 光強(qiáng)會放大 ， 該物質(zhì)成為激活物質(zhì) 。 半導(dǎo)體 的能帶和電子分布 能量 價(jià)帶 價(jià)帶 Eg Ef Ef/2 Ef/2 Eg Ef Ee Ev Ev Ee Eg Ef Ee Ev (a)本征半導(dǎo)體 (b)N型半導(dǎo)體 (c)P型半導(dǎo)體 空穴 電子 ? 能帶 —— 電子所處的能態(tài)擴(kuò)展成的連續(xù)分布的能級 。 ? 導(dǎo)帶 —— 能量高的能帶 。 在本征半導(dǎo)體中 ， ? 位于禁帶中央； N型半導(dǎo)體中 增大；在 P型半導(dǎo)體中 減小 。 當(dāng)外加正向電壓時(shí) ， 內(nèi)部電場被削弱 ， 擴(kuò)散運(yùn)動加強(qiáng) ， 能帶傾斜減小 ， 在 PN結(jié)形成一個(gè)增益區(qū) （ 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布區(qū) ） 可產(chǎn)生自發(fā)輻射 。 腔內(nèi)物質(zhì)具備粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ， 可用其產(chǎn)生的自發(fā)輻射光作入射光 ， 經(jīng)反射鏡反射沿軸線方向傳播的光被放大 ， 沿非軸線方向傳播的光被減弱 ， 反射光經(jīng)反射鏡多次反射不斷被放大 ， 方向性不斷改善 ， 使增益大幅度提高 。 結(jié)構(gòu)中間一層窄帶隙 P型半導(dǎo)體為有源層 ， 兩側(cè)分別為寬帶隙的 P型和 N型半導(dǎo)體是限制層 ， 三層半導(dǎo)體置于基片上 ， 前后兩個(gè)晶體解理面為反射鏡構(gòu)成諧振腔 。 半導(dǎo)體激光器 以半導(dǎo)體材料為工作物質(zhì)的激光器稱為半導(dǎo)體激光器。它是激光光纖通信的重要光源。而在光信息處理、光計(jì)算機(jī)和固體激光器泵浦等方面卻正是方興未艾。 同以氣體或固體作為工作物質(zhì)的激光器一樣，欲使半導(dǎo)體材料產(chǎn)生激光，同樣要使 半導(dǎo)體材料中電子能態(tài)發(fā)生變化，以形成一定的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并且要有一個(gè)合適的光學(xué)共 振腔。因此，要深入了解半導(dǎo)體激光器的特性和原理，我們必須先了解有關(guān)半導(dǎo)體材料的一些理論基礎(chǔ)。在半導(dǎo)體晶體中，電子的運(yùn)動狀態(tài)和單個(gè)原子時(shí)的情況大不相同，尤其是其外層電子有了明顯的變化，即所謂的 “ 共有化運(yùn)動 ” 。在實(shí)際的晶體中，由于原子數(shù)目N非常大，新能級又與原來能級非常接近，所以兩個(gè)新能級間距離很小 （相互間的能級差為 1022） ，幾乎可把這一段能級看作是連續(xù)的。不同的能帶之間可以有一定的能量間隔，在這個(gè)間隔范圍內(nèi)電子不能處于穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)際上形成一個(gè)能級禁區(qū)，稱為 “ 禁帶 ” 。下圖說明了原子中子軌道、能級及能帶之間的對應(yīng)關(guān)系。 “ 價(jià)帶
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