文档介绍：光电信息技术
张荣福
(1)受激吸收
E2
E1
hv
E2
E1
hv
E2
E1
hv
hv
hv
(2)自发辐射
(3)受激辐射
三种跃迁
§ 激光器
设在单位物质内,处于低能级E1和处于高能级E2的原子数分别为N1和N2。当系统处于热平衡状态时,原子分布遵循玻耳兹曼统计分布
式中, ,为玻耳兹曼常数,T为热力学温度。
§
w3
2
w2 4 1
3
w1
图:三能级系统示意图
一、激光的形成
1. 粒子数反转
通过外加能量打破封闭系统的热平衡,实现粒子数反转。
§
2. 光学谐振腔
注入电流
有源区
解理面
解理面
L
增益介质
R1
R2
z=0
z=L
3. 工作条件
振幅条件
相位条件
§
二、激光腔模式及其频率
激光腔模式是指激光腔内稳定激光场的分布形式,其中沿腔纵轴方向的稳定分布称为纵模。
有2个以上纵模激振的激光器,称为多纵模激光器。通过在光腔中加入色散元件或采用外腔反馈等方法,可以使激光器只有一个模式激振,这样的激光器称为单纵模激光器。
纵模频率是指在自发辐射谱内满足谐振条件,且损耗小于增益的频率。
§
谐振频率
谐振条件
即:腔内允许间隔为c/2nl的m倍的不同频率的光场在其中振荡
c/2nL
(a) 纵模分布
增益曲线
损耗
I
(b) 工作模式
§
例:
某一激光器腔长L=300mm,工作物质折射率为n=1,求:
(1)满足相位条件的最低谐振频率
(2),×109Hz,那么该激光器有多少个纵模频率(假设损耗很小)?
三、半导体激光器的结构
最简单的半导体激光器由一个薄有源层()、P型和N型限制层构成,-1所示。
-1 大面积半导体激光器
解理面
金属接触
电流
有源层
P型
N型
300μm
100μm
200μm
解决光限制问题的一种简单方案是将注入电流限制在一个窄条里,这样的激光器称为条形半导体激光器,-2所示。将一绝缘层介质(SiO2)淀积在P层上,中间敞开以注入电流。由于光限制是借助中间条形区的增益来实现的,这样的激光器称为增益导引型半导体激光器。
-2 增益导引型半导体激光器
P-InP
InGaAsP
N-InP
N+-InP衬底
P-InGaAsP
绝缘介质