第6-光源和光放大器3..ppt

激光器原理l 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的激光器l 工作在可见光区域的气体激光器。氦氖激光器：发射红光l 工作在红外区域的固态Nd:YAG激光器l 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发射实现光波放大。3l 激光器是1960年由美国人梅曼发明的新型光源。它是利用受激辐射原理，并采取一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。它的实现要求：要有一个合适的激光工作物质（发光介质）。需要一个能保证粒子反转分布的激励能源泵浦源。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:光的增益和损耗间应满足平衡的条件阈值条件;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激光器的激光器的阈值条件和相位平衡条件条件和相位平衡条件 在激光器的工作过程中,除了具有上面所说的放大作用,光波还会受到其他损耗.将增益和损耗结合起来考虑,显然,只有当光波在谐振腔内往返一次放大得到的光能密度大于或等于损失的光能密度,激光器才能建立起稳定的激光输出.将上述两者相等的这种关系称为阈值条件7l按照物理学中谐振的理论,只有那些经过往返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,最后因腔内的损耗而消失。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泵浦浦阈值 在器件产生受激发射之前，输入的激光器的功率必须超过一定的阈值。l输出光出光谱 激光器的输出光不是单频的，而是要覆盖 一定的频谱范围。l辐射方向射方向图 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。9l发射射红光的氦光的氦氖激光器激光器可以用来测试光纤和光学器件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光子和高低激光子和高低激发态之之间的相互作用的各种的相互作用的各种可能性可能性 输入光子,光子能量 被处于较低激发态的氖原子吸收.光子湮灭,氖原子被提升到较高能态 高能级的原子可以向下跃迁到低能级状态-自发辐射 在输入光子的诱导下,高能态的原子将下落到低能态,发射光子-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