光电子技术基础第二版朱京平Chap3.pptx

主要内容
相干光源、非相干光源与激光
光与物质相互作用理论——激光产生与传播基础
激光产生的条件
激光器的基本结构及输出
激光的特点
激光器的种类

激光选模技术
激光稳频技术
其他激光技术
相干光源、非相干光源与激光
如同电子学中的电源一样,光电子学中第一个接触的便是光
源。光源器件主要是指电光变换器件,分成相干光源和非相干光
源,如表3-1。
表3-1 光源器件分类
着重由电转换成光的能量转换效率和颜色
着重显示图象的清晰度、对比度、色彩饱和度等
着重光的单***和高速脉冲性
相干光源、非相干光源与激光
特点:
各原子自发辐射的光波方向、频率及
相位等都是不确定的、分散的
(与人为形成且相位一致的电波相比)
方向:四面八方无规则辐射
频谱:如同火花放电,是白噪声;
连续性:无数衰减脉冲光的集合(图(a))
强度:光波亮度很低
——杂乱无章的噪声光
——传输衰减,出射光强恒小于入射光强。
最早利用电作光源的是炭弧灯。
(a)普通光源产生的非相干光
——非相干光源
来源:原子或分子体系的自发辐射
相干光源、非相干光源与激光——非相干光源
1878年12月,英国斯万(Swan)发明电灯泡。
1879年10月,美国爱迪生(Edison)质量更好的电灯泡。
1938年,美国纽曼(Neuman)等研制成荧光灯
目前, 呈现固体灯取代荧光灯的趋势。
固体灯:利用超高亮度白光二极管或其他场致发光管制作
优点:体积小、转换效率高、耗电省、加压低
应用:已有交通灯、路标、宣传、广告牌等
家用灯样品正走向实用。
相干光源、非相干光源与激光——相干光源
特点:
方向:发散很小
频谱:单一
连续性:无限连续
亮度:极高
在时间、空间上相位同步
传输增益,出射光强增强
激光器
非线性光源
(b)激光发射的相干光
相干光源、非相干光源与激光——激光
激光:受激放大光发射
Laser,(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
单色亮度高
出射光强远大于入射光强
相位整齐
方向性好
强度高
为信息处理提供了稳定的载息媒介。
相干光源、非相干光源与激光——激光
1916年,美国爱因斯坦,提出概念,指明获得途径(《关于辐射的量子理论》)
1954年,美国汤斯(),研制成功MASER(致冷氨分子),
1958年,美国和前苏联科学家几乎同时提出了实现激光振荡的具体设想:
美国肖洛()/汤斯()(“红外和光学振荡器”)
前苏联 (实现三能级粒子数反转和半导体激光器的建议)
1960年,美国梅曼() 红宝石激光器问世()
从理论到实现历时44年,原因有二:
当时对激光的社会需求不迫切,还没有引起资助部门的注意,
学者受微波振荡器金属封闭腔模型束缚,没有找到技术关键
相干光源、非相干光源与激光——激光
1960年秋,美国 Javan等 m连续振荡He-Ne气体激光器。
1962年,美国 Nathan、Hall和Quist 77K GaAs半导体激光器。
1966年,Sorokin 等激光泵浦若丹明6G可调谐液体有机染料激光器。
1966年,美国 Dimmock、Bulter、Melngailis等低温工作窄带半导体近红外可调谐激光器。
1970年,美国 Lin等双异质结连续振荡半导体激光器。
1980年后,等离子体激光器、超晶格量子阱激光器、光纤激光器、分布反馈(DFB)激光器、分布布拉格发射(DBR)激光器、超快激光器
波长:紫外、可见、红外
峰值功率:〉100TW量级
最高平均功率:〉MW量级
调谐范围:从200nm延伸到4m。
相干光源、非相干光源与激光——非线性相干光源
来源:激光与各种非线性光学材料相互作用
1961年,美国 Mc. Clung和Hellwarth 发明激光调Q法,开辟道路。
1962年, Woodburg等,受激喇曼激光器
1969年,美国 Patel等,自旋反转喇曼激光,
1965年,美国与苏联成功实现光参量振荡,获得了另一种可调谐相干光源。
1968年,开始利用锁模技术制造超短脉冲激光器
1969年获得亚皮秒(10-13秒)光脉冲,现4-5飞秒(10-15秒)激光器已商品化,向阿秒10-18秒)进军。
1970年,Mooradian 等,宽可调谐范围高效连续振荡自旋反转喇曼激