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激光機理的能量激發(fā)和諧振放大與激光種類的介紹

2017-09-26 | rar | 0.3 MB | 次下載 | 免費

資料介紹

  形成“激光”,先完成兩個重要步驟

  「激光(Laser)」是「Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation」的縮寫,意思是「利用激勵放射來增加光的強度」,所謂的「激勵放射」其實就是完成兩個重要的步驟,第一個是「能量激發(fā)(Pumping)」,第二個是「共振放大(Resonance)」:

  能量激發(fā)(Pumping)

  固體激光(大多使用光激發(fā)光)屬于「原子發(fā)光」,前面曾經(jīng)介紹過原子發(fā)光的原理為,外加能量(光能或電能)激發(fā)摻雜原子的電子由內(nèi)層能級跳到外層能級,當(dāng)電子由外層能級跳回內(nèi)層能級時,將能量以光能的型式釋放出來,如圖二(a)所示。半導(dǎo)體激光(大多使用電激發(fā)光)則是屬于「半導(dǎo)體發(fā)光」,前面曾經(jīng)介紹過半導(dǎo)體發(fā)光的原理為:外加能量(光能或電能)激發(fā)半導(dǎo)體的電子由價帶跳到導(dǎo)帶,當(dāng)電子由導(dǎo)帶跳回價帶時,將能量以光能的型式釋放出來,如圖二(b)所示。

  要發(fā)出激光,受激輻射是最基本的條件,如圖二(c)所示,能量激發(fā)有「光激發(fā)光(PL)」或「電激發(fā)光(EL)」二種方式,不論使用那一種方式都可以產(chǎn)生激光,光激發(fā)光(PL)是外加光能使電子跳躍;電激發(fā)光(EL)則是外加電能使電子跳躍,將在后面詳細介紹。

  激光機理的能量激發(fā)和諧振放大與激光種類的介紹

  圖二 能量激發(fā)的原理

  諧振放大(Resonance)

  在發(fā)光區(qū)外加一對「諧振腔(Cavity)」,諧振腔其實可以使用一對鏡子組成,如圖三所示,使光束在左右兩片鏡子之間來回反射,不停地通過發(fā)光區(qū)吸收光能,最后產(chǎn)生諧振效應(yīng),使光的能量放大。

  光激發(fā)光(PL:Photoluminescence)?我們以「鈦藍寶石激光(Ti Sapphire laser)」為例,先在藍寶石內(nèi)摻雜鈦原子得到鈦藍寶石晶體,在晶體四周放置許多高亮度的光源(發(fā)出某一種波長的光)對著晶體照射,當(dāng)晶體吸收光能產(chǎn)生「能量激發(fā)(Pumping)」,則會發(fā)出另外一種波長(顏色)的光。發(fā)射出來的光經(jīng)由左右兩個反射鏡來回反射產(chǎn)生「諧振放大(Resonance)」,由于右方的反射鏡設(shè)計可以穿透5%的光,所以高能量的激光就會由右方穿透射出,如圖三(a)所示。

  電激發(fā)光(EL:Electroluminescence)我們以「砷化鎵激光二極管(GaAs laser diode)」為例,先在砷化鎵激光二極管芯片(大約只有一粒砂子的大小)上下各蒸鍍一層金屬電極,對著芯片施加電壓,當(dāng)芯片吸收電能產(chǎn)生「能量激發(fā)(Pumping)」,則會發(fā)出某一種波長(顏色)的光。發(fā)射出來的光經(jīng)由左右兩個晶體鏡面反射鏡來回反射產(chǎn)生「諧振放大(Resonance)」,由于右方的反射鏡設(shè)計可以穿透5%的光,所以高能量的激光光束就會由右方穿透射出,如圖三(b)所示。

  激光機理的能量激發(fā)和諧振放大與激光種類的介紹

  圖三 激光產(chǎn)生的原理

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