【精品课件】光电子技术(2)(激光器件)
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光电子技术(2)(激光技术)
稳频过程：利用吸收曲线的中心频率作标准频率，利用 左右旋光的光强差作误差信号dI，采用一套负反馈电路 控制系统。从激光器输出的线偏光通过加有交变的矩形 电压Vλ /4晶体，变成左右旋光。又因右旋光和调制讯号 同相位，dI大小和相位即可判别。
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激光强度的稳定
稳频实质是稳定腔长，而在稳频中通过激光输出光 强的变化作误差信号－通过电路的处理控制腔长从 而达到稳频的目的。
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3.工作过程： 在激光器上加磁场以后，由于塞曼效应，输出的左旋光和
右旋光进入电光调制器。 电光调制器上加一交变的电压,由于在电光晶体上加频率为
f的调制电压，因此在光电接收器上收到的是一个周期变化的频 率为f的调制光。合成光强的大小和相位输出一直流电压去控制 压电陶瓷使L变化达到稳频。
光电子技术精品课程
塞曼效应稳频
塞曼效应： 1.定义：在磁场的作用下，光谱线发生分裂的现象。 2.稳频原理：由于原子谱线在磁场的作用下发生分裂， 因此利用V左、V右光强差别来进行稳频。 原理：利用塞曼分裂后左、右旋光增益曲线的交点 0
作为标准频率，当 偏离 0 时，根据V左、V右光强的变
化做误差讯号，利用电路反馈系统控制激光器腔长， 使-0 =0。 结构：①激光器-反射镜加到压电陶瓷上。②电光晶体。 ③P-检偏器 ④电路系统－给出偏差电压dv。⑤光电转 换装置。
主要由三部分组成： ①单纵模激光器。其中一块反射镜固定在压电陶瓷上，
利用压电陶瓷的伸缩来调整腔长L。 ②光探测器。利用光电转换装置，将光信号转变为电
信号－ 作为电路的信号。 ③电路系统。将误差讯号转成一直流电压加到压电陶
瓷上，以改变腔长。
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3.工作过程：
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激光强度的稳定
稳频实质是稳定腔长，而在稳频中通过激光输出光 强的变化作误差信号－通过电路的处理控制腔长从 而达到稳频的目的。
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3.工作过程： 在激光器上加磁场以后，由于塞曼效应，输出的左旋光和
右旋光进入电光调制器。 电光调制器上加一交变的电压,由于在电光晶体上加频率为
f的调制电压，因此在光电接收器上收到的是一个周期变化的频 率为f的调制光。合成光强的大小和相位输出一直流电压去控制 压电陶瓷使L变化达到稳频。
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塞曼效应稳频
塞曼效应： 1.定义：在磁场的作用下，光谱线发生分裂的现象。 2.稳频原理：由于原子谱线在磁场的作用下发生分裂， 因此利用V左、V右光强差别来进行稳频。 原理：利用塞曼分裂后左、右旋光增益曲线的交点 0
作为标准频率，当 偏离 0 时，根据V左、V右光强的变
化做误差讯号，利用电路反馈系统控制激光器腔长， 使-0 =0。 结构：①激光器-反射镜加到压电陶瓷上。②电光晶体。 ③P-检偏器 ④电路系统－给出偏差电压dv。⑤光电转 换装置。
主要由三部分组成： ①单纵模激光器。其中一块反射镜固定在压电陶瓷上，
利用压电陶瓷的伸缩来调整腔长L。 ②光探测器。利用光电转换装置，将光信号转变为电
信号－ 作为电路的信号。 ③电路系统。将误差讯号转成一直流电压加到压电陶
瓷上，以改变腔长。
光电子技术精品课程
3.工作过程：
光电子技术课件
03
光电子技术的 突破：20世纪 中叶，激光器 的发明和光纤 技术的发展
04
光电子技术的应 用：20世纪末， 光电子技术在通 信、医疗、军事 等领域的应用越 来越广泛
光电子技术的未来趋势
光通信技术的发 展：高速、大容
量、低功耗 1
光电子技术的智 4
能化：与人工智 能、大数据等技
术的融合
光电子器件的微 型化：更小、更
C
B
光电探测：用于侦察、监 视和预警
D
光电导航：为武器装备提 供精确制导和导航服务
4
技术难题
光电子技术的 光电子技术的 基础理论研究 应用领域拓展
光电子技术的 光电子技术的
产业化发展
人才队伍建设
30% 10%
55%
5%
市场前景
01 光电子技术在通信、医疗、 能源等领域具有广泛的应 用前景
02 光电子技术在5G、物联 网、人工智能等新兴技术 领域具有巨大的市场潜力
01
兹发现光电效应 量子力学的建立：1925年，海
02
森堡提出量子力学理论 激光的发明：1960年，梅曼发
03
明激光 光电子技术的发展：20世纪70
04
年代，光电子技术开始快速发展
光电子技术的发展
01
光电子技术的 起源：19世纪 末，光电效应 的发现
02
光电子技术的 发展：20世纪 初，光电子技 术的应用开始 出现
光电效应的应用：光电管、光电池、光电倍增管等光电器件。
光电子器件
光电二极管：将光信号 转换为电信号的器件
01
光敏三极管：将光信号
06
02
转换为电压变化的器件
光电三极管：将光信号 转换为电流信号的器件
光电子技术激光原理 PPT
光的自发辐射、受激辐射、受激吸收
爱因斯坦在光量子理论的基础上,考虑了光和物质相互作用的模型(原 子的两个能级),引入了两个重要概念,同样得出了普朗克公式
•光的自发辐射
在没有外界作用的情况下,原子从 高能级E2向低能级E1的跃迁方式 有两种:无辐射跃迁和自发辐射跃
迁。
辐射出的光子能量:
h 21 E 2 E1
：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
激光的产生
▪当光与物质相互作用时,自发辐射、受激辐射和 受激吸收这三个过程是同时出现的,如何实现大 量原子的受激辐射产生激光?
激光产生必须具备的前提条件
集居数反转分布(粒子数反转分布)
激光产生的三个前提条件
1. 有提供放大作用的增益介质作为激光工作物 质,其激活粒子(原子、分子或离子)有适合于 产生受激辐射的能级结构;
2. 有外界激励源,使激光上下能级之间产生集居 数反转;
3. 有激光谐振腔,使受激辐射的光能够在谐振腔 内维持振荡。
光学谐振腔的构成
光学谐振腔的构成
最简单的光学谐振腔是在激活介质两端恰当地放置两个镀有高反射率的反射 镜构成。
常用的基本概念: 光轴:光学谐振腔中间垂直与镜面的轴线 孔径:光学谐振腔中起着限制光束大小、形状的元件,大多数情况下,孔径是激活物质的两个端面, 但一些激光器中会另外放置元件以限制光束为理想的形状。
感谢您的聆听！
光的自激振荡和激光谐振腔
▪ 光的自激振荡:光在增益介质内传播放大,总存在各种各样的 光损耗,当增益和损耗达到平衡时光强不再增加并达到一个 稳定的极限值。
▪ 只要激光放大器的长度足够大,就估计成为一个自激振荡器, 实现稳定运转的激光振荡。
光电子技术第二章1 90页PPT文档
1、拉曼-纳斯衍射
◆声行波中的声光衍射 略去对时间的依赖关系，这样沿x方向的折射率分布
可简化为：
n(x)n0 nsiks n x
式中n0为平均折射率；n 为声致折射率变化。
由于介质折射率发生了周期性变化，所以会对入射光波 的相位进行调制。
图4-13 垂直入射情况
平面光波垂直入射时，出射光波不再是单色平面波， 而是一个相位被调制了的光波．其等相面是由函数n(x) 决定的折皱曲面，其光场可写成：
对气溶胶而言，主要考虑米氏散射。
D=0.0001um
D=0. 1um
D=1um
(1)晴朗、霾、雾大气的衰减 【大气能见度】
色温为2700k的白炽灯光源发出的平行光束在大气中传 输衰减到出射时的5%时，传输的距离。
由Koschmeider(1924)提出的大气水平能见度公式：
V ln 3.912
*应变、应力及弹性性质
1．一维应变
这一段弦的应变为：
2．二维应变
3应力张量
*某一体元所受的力分为两种类型:
一种是：作用在整个体元上的力，其数值正比于体元的体 积，称为彻体力(例如重力)；另一种是从体元周围的物体 作用于体元表面上的力，其数值正比于体元表面的面积， 这种力称为应力。
应力的标记方法：
晶体中的传可分为两种形 态：①晶体受外力作用时产生形变，当撤去外力 后，晶体仍能恢复到初始状态②晶体受外力作用 时产生形变，当撤去外力后，晶体仍能恢复到初 始状态而是保持在一种新的准平衡位置上，即发 生了永久形变。前者称为弹性变形，后者称为范 性变形
2.2.1 晶体的弹性性质
• 分子散射理论是瑞利（Rayleigh）在试图解释天空为何呈现蓝色这 样一个问题时提出的。
光电子技术基础ppt精选课件
编辑版pppt
15
类 调谐光源 型
可调谐染料激 光器
混 可调谐半导体 合 激光器
型 环形腔掺铒激 光器
半导体光纤环 形腔激光器
本
征
F-P腔掺铒光 纤激光器
型
环形腔掺铒光 纤激光器
工作参数及优缺点
仅从原理上验证了频域光学双稳态 的可行性。由于体积庞大、调谐困 难而不实用。 结构紧凑，但波长调谐范围小，调 谐精度不高（易受温度影响）。开 关速度较快，在微秒量级。 体积小，波长调谐范围较宽，调谐 精度高。开关速度较慢，在毫秒量 级。 体积小，开关速度快，皮秒量级。
通过本课程的学习，要求掌握的主要内容：
描述光场的麦克斯韦方程、波动方程、光波的表示与传 播特性、高斯光束的特性等；
激光产生的基本条件、激光器的基本结构和输出特性； 平面介质波导中的光传播特性、光波导的物理光学分析、 光纤基本知识； 光通信无源与有源器件，包括半导体激光器、光纤连接 器、光纤耦合器、光纤隔离器、偏振控制器、光纤激光器 以及光纤放大器等； 光调制技术，包括晶体光学基础、光在晶体中的传播、 电光以及声光调制器等； 光电探测技术，包括光探测器性能参数、探测方式、物 理效应以及光电探测器的种类。
ppt精选版光电子技术发展史年代60年代70年代80年代90年代技术成就激光器的问世低损耗光纤的实现半导体激光器的成熟超大功率量子阱阵列激光器的出现光纤无源和有源器件的出现相关应用为光与物质相互作用的研究提供了一个极其有效的工具导致以光纤通信光纤传感为代表的光信息技术蓬勃发展导致半导体双稳态器件的发为光纤通信产业的发展提供了网络物理层的基信息光电子技术与器件光电子器件光源器件光传输器件光控制器件光探测器件光存储器件光盘光驱光盘塔调制器偏转器光开关光双稳器件光电导型各种传感器相干光源非相干光源光学元件光波导光纤ppt精选版光电子技术应用光纤通信传输光信息处理分光分析光应用计算光空间传输光学双稳态1969年szoke首先提出光学双稳态
光电子技术课件二激光原理和技术
其他非线性光学效应简介
光学整流
光学整流是指利用非线性光学效应将交流光信号转换为直 流电信号的过程。它在光通信、光计算等领域有潜在应用 。
光学参量振荡（OPO）
OPO是一种基于非线性光学效应的频率转换技术，可以实 现宽调谐范围、高效率的激光输出。它在激光雷达、光谱 学等领域有广泛应用。
四波混频（FWM）
工作原理
通过电流注入半导体芯片，使芯片内的电子和空穴复合并释放出能 量，形成激光振荡并输出激光。
特点
具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，广泛应用于通信、 工业加工等领域。
03
激光束特性及参数测 量
激光束空间分布特性
高斯光束
基模高斯光束是激光束的 典型空间分布形式，具有 中心光强最大、向外逐渐 减小的特点。
相位调制与解调方法
相位调制
通过改变激光束的相位来加载信息。这通常使用电光调制器（如Pockels效应调制器）来实现。
相位解调
从接收到的激光信号中提取相位变化的信息。常见的方法包括使用干涉测量技术，如Mach-Zehnder干涉仪或 Michelson干涉仪。
05
非线性光学效应在激 光技术中应用
二次谐波产生（SHG）原理及应用
02
激光器结构与工作原 理
固体激光器
固体激光器的构成
特点
通常由激光工作物质、泵浦源、光学 谐振腔等部分组成。
具有体积小、重量轻、效率高、寿命 长等优点，广泛应用于科研、工业、 医疗等领域。
工作原理
通过泵浦源提供能量，使激光工作物 质中的粒子实现粒子数反转，然后在 光学谐振腔的作用下，产生激光振荡 并输出激光。
新型高功率高能量密度激光技术
随着新型激光材料、新型激光器等技术的不断发展，高功率高能量密度激光技术将不断取 得新的突破。
光电子技术第二章第二节PPT
2、 频域波动方程
在时谐条件下:
E( x, y, z, t ) E( x, y, z)eit
H ( x, y, z, t ) H ( x, y, z)eit
应用:
j
t
2 t 2
2
对于高频低电导无源材料,得到
2E n2 2E 0， 2H n2 2H 0
折射率表示为:
n c
r r
除铁磁性介质外,大多数介质得磁性都很弱,可以认为μr≈1。
z0由激光器的结构和参数所决定， 已知 z0，就可以求出所有其它参数。
图 2-28 高斯光束得扩展
2、 基模高斯光束基本特征:
1.光强与光功率
任何位置的光强都是径向距离的高斯函数，在轴上光强
最大，随着离轴距离的增加，光强按指数规律下降。
在 (z) 处，光强下降到轴上的 1 / e2 。
I(,
E
eE0
cos(t
kz)
eE0
cos
t
z v
eE0
cos2
t T
z
或者:
E eE0 cos(t k r )
(2) 单色平面光波得复数表示
为便于运算,经常把平面简谐光波得波函数写成复数形式。
例如
E
E e i(t kz) 0
或E E0e ikr
采用这种形式,可以用简单得指数运算代替比较繁杂得三角
(2)均匀性
P
与
E
的关系与位置无关，P在任0何 一 E处的极化率都是常数
(3)各P 向与同E 性的关系与矢量
E(r ,
t)
的取向无关，E
与
P平行
2 电介质得分类
(1)简单电介质 线性,均匀,各向同性,非色散。
光电子技术课件ppt2[1]
![光电子技术课件ppt2[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2af4091da9956bec0975f46527d3240c8447a13d.png)
22
θ1
B
半波带 a 半波带
2
21′′
1 2 1′
2′
半波带 半波带
A λ/2
两个“半波带”上发的光在P处干涉相消
形成暗纹。 • 当a sin 时3，可将缝分成三个“半波带”
2
Bθ
a
P处近似为明纹中心
A
2024/10/13
λ/2
光电子技术与应用
23
• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
I I1 I2 2 I1I2 cos ,
若 I1 = I2 = I0 ,
则
I
4I0
cos 2
2
( d sin 2 )
I
4I0
光强曲线
2024/10/13
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
光电子技术与应用
E0 sin 2
2
E0 △Φ
令 a sin
2
有
Ep
E0
sin
又
I
E
2 p
，I0 E02
P点的光强
I
I0
sin
2
2024/10/13
光电子技术与应用
27
由 得
I
I0
sin
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置：
0处， 0 sin 1 (2) 极小（暗纹）位置：
f
a
a
——衍射反比定律
2024/10/13
光电子技术与应用
sin I
第三章光电子技术-PPT课件
LD的工作特性（模式特性）
（1）
提高LD性能的方法
（2）
单纵模（SLM）激光器 设计的基本思想
使
几种典型的SLM激光器
大功率光纤激光器
包层泵浦技术
光纤耦合技术
大功率光纤激光器
美 国 IPG Photonics 公 司 、 德 国 Jena 大 学 的 应 用 物 理 所 和 英 国 Southampton 的 ORC 研 制 的 单 根 双包层光纤激光器，连续输出功率 分别达到135W、150W、1000W、 4000W, 20000W
难点
控制能力差
电子技术的发展
半导体电子学的强大生 命力在于它能够实现集 成化
处理功能和运行速度得 到大幅度提高，功耗大 大降低
尺寸大大缩小
芯片的成品率、可靠性 和性价比极大改善
但是利用电子作为信息的载体， 由于路径延迟和电磁串扰效应 的存在，无论从技术局限或是 经济代价以及信息安全的角度 来考虑，电子技术都出现了它 的阶段局限性。
5、半导体光电探测器
5.1 PN光电二极管
5.2 PIN光电二极管
5.3 APD光电二极管
5.4 光电二极管工作特性和参数
原因：W越大，光子入射到该区域的可能性 越大，被吸收产生光电流的概率就越高。
5.5 光电二极管一般性能和应用
谢谢
半导体掺杂材料的选择原则: 如果掺入的杂质原子代替半导 体晶格中的原子后存在多余的价电子，该杂质为施主杂质；如 果掺入的杂质原子代替半导体晶格中的原子后尚缺乏成键所需 要的电子，即存在电子空位，该杂质为受主杂质。
3、激光基本原理
光发射和光吸收
T为热力学温度，k=1.381×10-23J/K为玻尔兹曼常数
光电子技术学课件之二.pptx
（2）均匀展宽的分析
自然展宽
由于粒子存在固有的自发跃迁，
从而导致它在受激能级上的寿命有限形
成的E。(t)E0et ej20t
E(t)E0e2tej20t
其中
2
由傅立叶变换得其频谱分布为：
E (v)0 E (t)e j2 td tE 00 e [ 2 j2 (0 )td ] 1t4
自发辐射的功率为：
——激光原理和技术简介
制作者：
1
激光原理和技术简介
一、光子的基本特性
爱因斯坦根据光电效应实验并结合普朗克能量 子假说,提出了光量子理论:光是一种以光速运 动的光子流,光子和其它基本粒子一样,具有能 量、动量和质量。它的粒子属性（能量、动量、 质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等） 之间的关系满足：
28
6、工作物质、亚稳态
前面分析了产生激光的必要条件是受激 辐射，而粒子数反转又是产生激光的一个条 件，激光的产生必须选择合适的工作介质， 可以是气体、液体、固体或半导体。在这种 介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激 光的必要条件。显然亚稳态能级的存在对实 现粒子数反转是非常必须的。
29
7、形成粒子数反转的结构原子能级系统 二能级系统
上述两式即著名的爱因斯坦关系式。
若两能级的简并度相同，则有：
B12B21B
A 8h 231n3
B
c3
9
结论：
A21,B12,B21 三个爱因斯坦系数是相 互关联的。
对数一定A2的1 原与E子1受, E体2激系发而射言系，数自B发v 2之1发v比射21正系
比于
的三次方，因而 v 21
两能级相差越大， 就越高，的
I()E()242(0E 0)2222
最新整理光电子技术下.ppt
激光分类
❖激光调制方式
▪ 自由运转 ▪ 调Q ▪ 锁模
激光分类
0 激光器概述 ❖激光器应用 ❖激光器分类
激光器应用
❖ 工业
▪ 加工，测量，快速成型，准直，光刻，光盘
❖ 通讯
▪ 半导体激光器，放大器
❖ 航天
▪ 测距
❖ 军事
▪ 雷达，制导，测距，制盲
❖ 医学
▪ 手术刀，眼科，皮肤科，结石，血管，光镊
❖ 科研用
医学
军事
测距，敌我识别，通信，制导
科研
科研
❖激光工作介质
▪ 固体激光器 (光纤激光器）
▪ 气体激光器 ▪ 半导体激光器 ▪ 染料激光器 ▪ 自由电子激光器
激光器分类
激光分类
❖化学组成
▪ 原子激光器 ▪ 分子激光器 ▪ 离子激光器 ▪ 自由电子激光器 ▪ 准分子激光器
❖激光运转方式
▪ 连续 ▪ 脉冲
• 单脉冲 • 重复频率 • 准连续
相关主题
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2)
33
输出功率
Pout
( Pin
P2th
)lcab1
21 p
T
T
..........(1.3 3)
34
斜（率）效率
s
lcab1
21 p
T
T
E out (Ein E2th )s Pout (Pin P2th )s
35
斜（率）效率
36
37
tot
Eout Ein
tot
Pout Pin
ntot
n)
(1 g2 )..................(1.2 4) g1
25
三能级系统阈值
n2th
( g2 g1
ntot
nth )
(1 g2 ) g1
nth
1
21
(
1 2l
ln
1) R
(1
1 g2
/
g1 )
g2 g1
ntot
1
21
(
1 2l
ln
1 R
)
.........(1.2
(2
1 l
ln
1) R
2K
32
1.3输出能量（功率）、效率和最佳透过率
❖ 输出能量
E
out
(n2
n2th
)VRh
21
T
T
.......(1.3
1)
n2
( E in VR
)lcab1
h p
nth
( E th VR
)lcab1
h p
E out
( Ein
E2th
)lcab1
21 p
T
T
.......(1.3
5
1.1固体激光器的基本结构及能量转换 ❖ 激光器组成
6
固体激光器基本结构
1. 激光工作 物质
2. 泵浦源 3. 聚光腔 4. 谐振腔 5. 冷却与滤
光
7
固体激光器的能量转换
8
量子效率
E3
A31
S32
W13
E2
A21 B12 B21
E1
a) 三能级
E3
A30
S32
W03
E2
A21 B12 B21
)＝ 2898 T (K )
12
黑体辐射
13
波耳兹曼分布
N2 exp( (E2 E1))
N1
kT
E2
A21 E1
B12 B21
例如：红宝石
0.69m
h 6.6 1034 J s
E2 E1 h 2.861019 J
k 1.381023 J K
室温T 300K
300T k hc / 50m
▪ 高频起伏
• 驰豫振荡
43
光谱特性 ❖多纵模工作
▪ 空间空穴效应 ▪ 高增益 ▪ 多模利用充分利用了反转粒子数，有利
于锁模
❖高注入，高输出伴随激光线宽增加
44
激光束方向性
❖ 衍射极限倍数因子M2
M
2
实际光束的束腰和远场发散角乘积 理想光束的束腰和远场发散角乘积
0
M 2 1, 越小光束质量越好
导致应力双折射，激光输出具有部分 偏振特性。 ❖在谐振腔中有偏振元件，激光输出也 会具有偏振性
47
❖
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2120.10.21Wednes day, October 21, 2020
❖
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。22:30:2122:30:2122:3010/21/2020 10:30:21 PM
N
2
N1
e
50 0.69
1032
14
波耳兹曼分布
能级简并：
N1 g1N1'
N2
g2
N
' 2
N2 N1
g2
N
' 2
g1N1'
g2 g1
exp
(
E2 kT
E1
)
15
爱因斯坦系数
E2
A21 B12 B21 E1
N2 N1 Ntot E2 E1 hv21
自发辐射系数A21
自发辐射寿命
21=
光电子技术 精品课程
1 固体激光器基本 特性
光电子技术(2)(激光器件)
固体激光器
1960-5-17，Ted Maiman 发明第一台激光器
2
固体激光器
第一台红宝石激光器的拆卸图
3
固体激光器特点
❖运行方式多样：CW，PW，QCW，调Q， 锁模，高平均功率，高重复率，高单脉冲 能量及高峰值功率。
n2
( Ein VR
)lcab1
h p ......(1.2 8)
阈值能量E th n2thVRh p lcab1 ....(1.2 9)
28
连续器件的阈值功率
n2'
(Pin
VR )lcab1 h p
n2' n2th A21
单位时间内泵浦 到E2上的粒子数密度
单位时间内损耗 的粒子数密度
考“激光器件”） ▪ T较大，或2αl不远小于1时，无法得到解析解
42
1.4输出稳定性、光谱特性、偏振特性和方 向性
❖ 输出稳定性
▪ 长期稳定性
• 工作物质劣化 • 泵源老化
• 聚光器污染
• 谐振腔失调
▪ 短期稳定性
• 电源不稳 • 灯触发强度变化 • 阈值附近工作 • 外部光学元件反馈 • 激光棒热效应
❖谱线多，达数千条，分布于可见到近红外 区，通过频率变换技术可到紫外区
❖系统简单，制造容易，传输灵活，可接光 纤
❖结构紧凑，牢固耐用，格适宜
4
1.固体激光器基本特性
❖1.固体激光器基本特性
▪ 1.1固体激光器的基本结构和能量转换 ▪ 1.2固体激光器的阈值 ▪ 1.3输出能量（功率）、效率和最佳透过率 ▪ 1.4输出稳定性、光谱特性、偏振特性和方向性
8 2h 21
A21
（
）＝
21
c3
h
e kT 1
( g1
g2 )(B12
B21
B21) exp(h 21
kT )
1
A21
B21
8 2h
c3
B21
g1 g2
B12
17
固体激光器的损耗
❖透射损耗(T) ❖工作物质的吸收，散射（αi） ❖其它元件的反射、吸收、散射及衍射
损耗（ αa） ❖损耗系数α= αi +αa
5)
若g1 g2
n2th
1 2
(ntot
nth )......(1.2
6)
26
四能级系统阈值
E3
A30
S32
W03
E2
A21 B12 B21
E1
E0
n
n2
g2 g1
n1
n2
调Q状态不成立
n2th
nth
1
21
(
1 2l
ln
1 ).........(1.2 R
7)
27
脉冲泵浦的阈值能量
若泵浦期间的自发辐射可以忽略
30
影响阈值的因素
❖ 工作物质的种类
▪ 三能级阈值高于四能级阈值
❖ 损耗系数α
▪ 对三能级系统影响小
▪ 对四能级系统影响显著。
▪ 质量好的工作介质和精心调节谐振腔可减小α
❖ ηLηcηab
三能级：
▪ 提高发光效率 ▪ 提高聚光器效率
n2th
(1
1 g2
/
g1 )
g2 g1
ntot
1
21
(
1 2l
E1
E0
b) 四能级
量子效率0
亚稳态发射的荧光光子数 工作物质从光泵吸收的光子数
1
2
三能级1
=
S32 S32 +A31
2
A21 A21 S21
四能级1
=
S32
S32 +A30
+A31
优质红宝石: 0.7 钕玻璃: 0.4
9
普通红宝石: 0.5 YAG: ~1
斯托克斯损失或斯托克斯比
E3
A31
S32
21 0 A21 / 4 2n2
g n 21......................(1.2 2)
高斯线型
21 0 A21 ln 2 / 4 2n2
22
固体激光器阈值
受激辐射截面
红宝石 2.5E-20 cm2
Nd3+:YAG
27~88E-20 cm2
Nd3+:Glass 3E-20 cm2
ln
1 R
)
▪ 提高光谱匹配效率 四能级：
❖ 输出镜反射率R
▪ 增大R可减小阈值
n2th
1
21
(
1 2l
ln
1) R
31
综合泵浦系数
对于四能级系统
脉冲器件：
K 21lcab1 Ah p
Eth
(2
1 l
ln
1) R
2K
连续器件：
工作物质横 截面面积
K 21lcab1 Ah p A21
Pth
❖
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2122:30:2122:30Oc t-2021- Oct-20
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。22:30:2122:30:2122:30Wednesday, October 21, 2020