04.（简）量子物理 第四章 激光(2003) - 图文(5)

·粒子由E2?E1发出受激辐射光， 波长6943A?(红光) (跃迁的粒子是 Cr+++离子)

· 红宝石激光器是脉冲式激光器

由上可见，要实现粒子数反转，工作物质 必须含有亚稳态能级，激活介质的作用就 是提供亚稳态能级。 三、四能级体系

E4

E3(激光上能级) 光抽运

激光输出

E2(激光下能级)

E1

·四能级体系可克服三能级体系的困难。 ·激光下能级E2在泵浦前几乎没有粒子。

因此，实现粒子数反转所需的泵浦功率较低(现在实现反转是指在E2、E3之间)。

21

·用途广泛的YAG激光器和钕玻璃激光器就属这种体系。

·采用光泵的固体激光器对激光材料和能

级结构要求十分苛刻。因此实用的固体 激光器种类受到限制。 ?四、半导体激光器

·半导体激光器(也叫激光二极管，简记为

LD) 是光纤通讯中的重要光源，在创建 现代信息高速公路的工作中起着极重要 的作用。 1.结构

·主要工作物质有砷化镓(GaAs)、锑化铟 (InSb)、硫化镉(CdS)等半导体材料。

·最简单的GaAs同质结半导体激光器如

下图所示。

·它的核心部分是一个由Ｐ型GaAs和Ｎ

型GaAs构成的P-N结(通过掺杂补偿工 艺制得)。 典型尺寸：

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长 L = 250～500 ?m 宽 ｗ= 5～10 ?m 厚 d = 0.1～0.2 ?m

·它在正向偏压下工作，激励能源是外加

电压(电泵)。形成的正向电流在能带上 看，就是有大量载流子跃迁到较高能量的 能级上。

2.粒子数反转和受激辐射

·当正向电压大到一定程度时，就造成粒子

数反转的状态，可以造成电子空穴复合发 光，并由自发辐射引起受激辐射。 ·P-Ｎ结本身就形成一个光学谐振腔，它的 两个端面就相当于两个反射镜，适当镀膜 后可达到所要求的反射系数，形成激光 振荡，并以利于选频。

解理面 (P+)GaAs P-N结 (n-)GaAs

V P-N结

A d w L 23

(P+)GaAs (n-)GaAs

3.特点

·半导体激光器的体积可以做得非常小，极 易与光纤接

合；

·所需电压低(对GaAs材料，只需1.5V就可工作，这与气

体、固体激光器呈天壤之别)；

·制造方便，成本低，功率可达102mW。

§6 激光的特性及其应用

一、特性

·定向强光束—准直、测距、切削、手术、 武器等。

·相干性好—精密测厚、测角，全息摄影 等。

二、应用举例 1.激光光纤通讯

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Cable

Fiber 。 。 。。。 。 A 。。。 。

一根极细光纤能承载的信息量，相当于图 中这麽粗的电缆所能承载的信息量。我国 已决定不再生产电缆。

光纤胎儿

光纤诊断

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