第6-光源和光放大器3.优秀PPT.ppt

激光器原理l 激光器是光通信系统中最常用的光源。激光器是光通信系统中最常用的光源。l 半导体激光器是光纤通信系统中最常用半导体激光器是光纤通信系统中最常用的激光器的激光器l 工作在可见光区域的气体激光器。工作在可见光区域的气体激光器。l 氦氖激光器：氦氖激光器：放射红光放射红光l 工作在红外区域的固态工作在红外区域的固态Nd:YAG激光器激光器l 光纤激光器光纤激光器12半导体激器半导体激器气体激光器固体激光器二氧化碳激光器l激光，英文的缩写是Laser,即Light Amplification by Emission of Radiation,其意思是通过辐射的受激放射实现光波放大。3l 激光器是激光器是1960年由美国人梅曼独创的新型年由美国人梅曼独创的新型光源。它是利用受激辐射原理，并实行确光源。它是利用受激辐射原理，并实行确定措施在某个方向上获得很强的指向性、定措施在某个方向上获得很强的指向性、极高的光强、极好的相干性的一种光源。极高的光强、极好的相干性的一种光源。它的实现要求：它的实现要求：l 要有一个合适的激光工作物质（发光介要有一个合适的激光工作物质（发光介质）。质）。l 须要一个能保证粒子反转分布的激励能须要一个能保证粒子反转分布的激励能源源泵浦源。泵浦源。l 加一个光学谐振腔。加一个光学谐振腔。4 5 图6.15 Nd:YAG 激光器 发光二极管半透镜 激光输出镜面钇铝石榴石棒l要产生激光还应满足如下两个方面的条件:l 光的增益和损耗间应满足平衡的条件阈值条件;l 在谐振腔中,光波往复反射能得到加强,从而能够存在,应满足的条件相位平衡条件.6l激光器的阈值条件和相位平衡条件激光器的阈值条件和相位平衡条件l 在激光器的工作过程中在激光器的工作过程中,除了具有上面所除了具有上面所说的放大作用说的放大作用,光波还会受到其他损耗光波还会受到其他损耗.将将增益和损耗结合起来考虑增益和损耗结合起来考虑,明显明显,只有当光只有当光波在谐振腔内来回一次放大得到的光能密波在谐振腔内来回一次放大得到的光能密度大于或等于损失的光能密度度大于或等于损失的光能密度,激光器才能激光器才能建立起稳定的激光输出建立起稳定的激光输出.将上述两者相等的将上述两者相等的这种关系称为阈值条件这种关系称为阈值条件7l依据物理学中谐振的理论,只有那些经过来回一周回到原来位置时,光波的相位与初始发生的波的相位同相的光波才能因彼此加强(即谐振)而在谐振腔中 存在,不满足这种谐振关系的光波则因得不到彼此加强,最终因腔内的损耗而消逝。l 这就是满足相位平衡条件时,激光器中存在光波的频率.8l泵浦阈值泵浦阈值l 在器件产生受激放射之前，输入在器件产生受激放射之前，输入的激光器的功率必需超过确定的阈值。的激光器的功率必需超过确定的阈值。l输出光谱输出光谱l 激光器的输出光不是单频的，而激光器的输出光不是单频的，而是要覆盖是要覆盖 确定的频谱范围。确定的频谱范围。l辐射方向图辐射方向图 l 激光器的输出光束的角度范围取激光器的输出光束的角度范围取决于发光面积的大小和激光器的震荡模式。决于发光面积的大小和激光器的震荡模式。9l放射红光的氦氖激光器放射红光的氦氖激光器l可以用来测试光纤和光学器件可以用来测试光纤和光学器件l测试光纤的数值孔径测试光纤的数值孔径1011氦氖激光器镜面镜面输出 电源 图 6.16 氦氖激光器 12 图 6.17 氦氖激光器的能级图 氦 氖 波数l光子和凹凸激发态之间的相互作用的各种光子和凹凸激发态之间的相互作用的各种可能性可能性l 输入光子输入光子,光子能量光子能量 被处于较低激发态的被处于较低激发态的氖原子吸取氖原子吸取.光子湮灭光子湮灭,氖原子被提升到较氖原子被提升到较高能态高能态l 高能级的原子可以向下跃迁到低能级状高能级的原子可以向下跃迁到低能级状态态-自发辐射自发辐射l 在输入光子的诱导下在输入光子的诱导下,高能态的原子将下高能态的原子将下落到低能态落到低能态,放射光子放射光子-受激辐射受激辐射1314 图 6.18 氦氖激光器的输出 增益谐振腔的谐振频率输出功率