光电子器件基础与技术lecture最新课件.ppt

张伟利 副教授 E-mail: wl_B209028-618306521光电子器件基础与技术lecture最新课件- 1.激光原理- 2.激光器种类- 3.激光技术2激光原理与技术光电子器件基础与技术lecture最新课件按激光工作介质l固体激光器l气体激光器l半导体激光器l染料激光器32.1 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，单色性较差 光电子器件基础与技术lecture最新课件氦-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l原子激光器l分子激光器l离子激光器l自由电子激光器l准分子激光器按输出形式l连续光（CW）激光器、脉冲激光器光电子器件基础与技术lecture最新课件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：l红宝石激光器l钕玻璃激光器l掺钕钇铝石榴石激光器光电子器件基础与技术lecture最新课件 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光电子器件基础与技术lecture最新课件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光电子器件基础与技术lecture最新课件 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10-9s)，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。

8E1E3E2红宝石中铬离子的吸收光谱铬离子的能级图光电子器件基础与技术lecture最新课件掺钕钇铝石榴石(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 概率最小光电子器件基础与技术lecture最新课件 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 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102.3 气体激光器光电子器件基础与技术lecture最新课件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受激辐射发光光电子器件基础与技术lecture最新课件 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光电子器件基础与技术lecture最新课件 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光电子器件基础与技术lecture最新课件He-Ne激光器能级图lHe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lNe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光电子器件基础与技术lecture最新课件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充气总压强，即存在最佳充气条件光电子器件基础与技术lecture最新课件CO2激光器16与产生激光有关的CO2分子能级图 CO2激光器的输出波长在中红外区10.6m处，其功率可达数十瓦到数千瓦，用于焊接、切割等工业加工光电子器件基础与技术lecture最新课件。