超强激光光源及其应用

半导体激光器的研究

半导体激光器的研究 半导体激光器是近年来应用非常广泛的一种激光器。在本实验中我们将对半导体激光器的主要发光器件——激光二极管（LD）进行全面的实验研究。 【实验内容】 1．激光二极管（LD）的伏安特性测量。 2．LD的发光强度与电流的关系曲线测量。 3*．LD发光光谱分布测量。 4*．LD发光偏振特性分析。 【实验仪器】 激光二极管，电压表，电流表，激光功率计，分光计，格兰—泰勒棱镜等

阅读材料 半导体激光器件 按照半导体器件功能的基本结构可分为：注入复合发光，即电—光转换；光引起电动势效应，即光—电变换。这里主要讨论前者。 半导体激光光源是半导体激光器发射的激光。它是以半导体材料作为激光工作物质的一类激光器，亦称激光二极管，英文缩写为LD。与其相对应的非相干发光二极管，英文缩写为LED。它具有工作电压低、体积小、效率高、寿命长、结构简单、价格便宜以及可以高速工作等一系列优点。可采用简单的电流注入方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而有可能与之单片集成；并且还可用高达吉赫(109 Hz)的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，LD在激光通信、光纤通信、光存储、光陀螺、激光打印、光盘录放、测距、制导、引信以及光雷达等方面已经获得了广泛应用，大功率LD 可用于医疗、加工和作为固体激光器的泵浦源等。 半导体激光器自1962年问世以来，发展极为迅速。特别是进入20世纪80年代，借用微电子学制作技术(称为外延技术)，现已大量生产半导体激光器。以半导体LD条和LD堆为代表的高功率半导体激光器品种繁多，应有尽有。 1 概述 1）半导体激光器的分类 从半导体激光器的发射的激光看，可分为半导体结型二极管注入式激光器和垂直腔表面发射半导体激光器两种类型；而从结型看，又可分为同质结和异质结两类；从制造工艺看，又可为一般半导体激光器、分布反馈式半导体激光器和量子阱半导体激光器激光器；另外，为了提高半导体激光器的输出功率，增大有源区，将其做成列阵式，又可分为单元列阵、一维线列阵、二维面阵等。 2）半导体激光器的工作原理 半导体激光器与其它激光器没有原则区别，只是因工作物质不同，而有其自身的特点。图示给出了GaAs激光器的外形及其管芯结构，在激光器的外壳上有一个输出激光的小窗口，激光器的电极供外接电源用，外壳内是激光器管芯，管芯形状有长方形、台面形、电极条形等多种。它的核心部分是PN结。半导体激光器PN结的两个端面是按晶体的天然晶面剖切开的，称为解理面，这两个表面极为光滑，可以直接用作平行反射镜面，构成激光谐振腔。激光可以从某一侧解理面输出，也可由两侧输出。 半导体材料是一种单晶体，各原子最外层的轨道互相重叠，导致半导体能级不再是分

激光原理与技术习题

1.3 如果微波激射器和激光器分别在λ＝10μm ，＝5×10－ 1μm 输出1W 连续功率，试问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？ 解：若输出功率为P ，单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n ，则： 由此可得： 其中346.62610J s h -=??为普朗克常数， 8310m/s c =?为真空中光速。 所以，将已知数据代入可得： =10μm λ时： 19-1=510s n ? =500nm λ时： 18-1=2.510s n ? =3000MHz ν时： 23-1=510s n ? 1.4设一光子的波长＝5×10－ 1μm ，单色性λ λ ?＝10－ 7，试求光子位置的不确定量x ?。若光子的波长变为5×10－ 4μm （x 射线）和5 ×10 －18 μm （γ射线），则相应的x ?又是多少 m m x m m m x m m m x m h x h x h h μμλμμλμλλμλλ λλλλλλλλ 11171863462122 1051051051051051051055/105////0 /------?=?=???=?=?=???=?==?=???=?=?P ≥?≥?P ??=P?=?P =?P +P?=P 1.7如果工作物质的某一跃迁波长为100nm 的远紫外光，自发跃迁几率A 10等于105S － 1，试问：（1）该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10是多少？（2）为使受激跃迁几率比自发跃迁几率大三倍，腔内的单色能量密度ρ应为多少？ c P nh nh νλ==P P n h hc λ ν= =

1.8如果受激辐射爱因斯坦系数B10＝1019m3s－3w－1，试计算在（1）λ＝6 m（红外光）；（2）λ＝600nm（可见光）；（3）λ＝60nm（远紫外光）；（4）λ＝0.60nm（x射线），自发辐射跃迁几率A10和自发辐射寿命。又如果光强I＝10W/mm2，试求受激跃迁几率W10。 2.1证明，如习题图2.1所示，当光线从折射率η1的介质，向折射率为η2的介质折射时，在曲率半径为R的球面分界面上，折射光线所经受的变换矩阵为 其中，当球面相对于入射光线凹（凸）面时，R取正（负）值。 习题

激光与光谱技术

激光与光谱技术 一、激光产生原理 20世纪四个重要发明：原子能，半导体，计算机，激光 激光（Laser, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 雷射）：由受激而辐射的光放大 1、激光器的产生 20世纪初 迄今为止，光学已经有两千余年的历史，但在激光产生之前，人们使用的光源主要是炽热物体的热辐射和气体放电管，机理是自发发射，这是一个随机过程，相干性不好，两个光源甚至同一个光源的两点发出的光也不能形成干涉条纹。19世纪末赫兹发明了无线电波，20世纪初出现电子管后电磁波可由电子振荡器产生，可以产生单一频率持续时间任意长的完整正弦波，有很好的相干性，但波长只可以缩短至毫米波，因为放大器和选频用的谐振腔在电子学中无法实现。 激光的基 础1917

1917: Albert Einstein calculated the conditions necessary for this stimulated emission to occur. 关于光与物质相互作用的问题早在1917年爱因斯坦就作过研究，他在解释普朗克黑体辐射公式时明确指出只有自发发射和吸收两个过程是不够的，并由此提出“受激辐射”的概念，这也是激光的基础！ 粒子数反转的状态 Townes et.al 20世纪50年代 提出用平行平面镜作为光的谐振腔实现光反馈 产生激光的理论与实验Schawlow, Townes,et.al 1958 1960：首台ruby激光器（可见光）研制成功 He-Ne激光器； 1962：半导体激光器； 1963：可调谐燃料激光器 This was using Ammonia gas and produced amplified Microwave r adiation instead of visible light (called a MASER微波发射器) in 1954. For this they shared the 1964 Nobel prize for Physics. Maser: 微波段; Laser: 3000埃-1000000埃 对于热平衡物质，下能级的布居数大于上能级的布居数，所以要想光被放大就需要设法使布居数反转，20世纪50年代汤斯等人对氨分子束能级实现了布居数反转并于1954年研制成功了利用受激发射放大产生微波振荡的微波发射器。进一步要推向更短的光频段必须找到可以实现光放大的工作物质和产生光振荡的谐振腔。1958年美国肖洛、汤斯等人几乎同时提出了用平行平面镜作为光的谐振腔，用镜面反射实现光反馈的产生激光的理论与实验。紧接着，1960年梅曼用红宝石制成第一台可见光激光器，同年制成氦氖激光器；1962年产生了半导体激光器；1963年产生了可调谐染料激光器。由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自激光出现以来得到了迅速的发展和广泛应用，引起了科学技术的重大变化。

半导体激光器的发展与运用

半导体激光器的发展与运用 0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子 阱 （单、多量子阱）等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延（LP日、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相淀积（MOCVD）、化学束外延（CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度 重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管（LD）。随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。 20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（KeyeS和奎斯特（Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。 半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs,GaAIAs所组成的激光器。单异质结注人型激光器（SHLD，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光

器。 1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化稼一稼铝砷）激光器. 在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs 二极管激光器. 从20 世纪70 年代末开始, 半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下, 高功率半导体激光器（连续输出功率在100W 以上,脉冲输出功率在5W 以上, 均可称之谓高功率半导体激光器）在20 世纪90 年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出 已达到600W另外，还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出 光束进行调制。 20 世纪90 年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展。 目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD

光纤与半导体光源耦合

§6-6 光纤与半导体光源耦合 光纤通信中最常用的光源是发光二极管和激光二极管，二者皆是细小如砂粒般的半导体微芯片，当外加电流时，可使二者发光。把光源发射的光功率尽可能多的送入传输光纤，这就是光源和光纤的耦合问题。提高耦合效率有利于允许在系统中使用较低功率的光源，从而减少成本和增加可靠度。 在此实验中我们学习如何利用0.29节距的渐变折射率（GRIN ）杆状透镜将注入式激光二极管（ILD ）和发光二极管耦合到光纤的技术。GRIN 透镜体积小，具有便利的焦距及工作距离和低失真的高质量影像，已被广泛使用于光纤和光源的耦合。 实验中的光源为远红外线组件，注入式激光二极管峰值波长为780nm ，而发光二极管的峰值波长为830nm 。这些组件可发射非可见光辐射，适当的安全手则必须遵守，以避免可能的伤害。切记：决不可用眼睛直接观察激光或其反射光。 【实验目的】 1、 了解发光二极管(LED)和注入式激光二极管（ILD ）的光学特性，比较两者异同。 2、 掌握利用GRIN 透镜将半导体光源耦合到光纤的技术。 【实验原理】 一、光源的类型 在光纤通信系统中有两种光源最常被使用，即发光二极管（LED ）与注入式激光二极管（ILD ）。两者具有相同的基本结构，皆基于PN 结，但注入式激光二极管较复杂，参见图6.6.1。 两者基本工作原理相同，在正向偏置电压下由电子注入在有源层形成粒子数反转而产生光输出。但注入式激光二极管的光输出功率-驱动电流曲线与发光二极管不同，前者有一阈值电流需先达到，光输出对电流响应才会迅速增加，参见图6.6.2。 一个光源可用从它表面所发射的所有可能方向的光线的光功率分布来说明其特征。光源一般依其 辐射分布可分为两种型式，即朗伯（Lambertian ）光源和准直（collimated ）光源。朗伯光源从每个 图6.6.1 激光二极管基本结构及光场分布 图6.6.2 驱动电流与光输出功率的关系

半导体激光器特性测量

半导体激光器特性测量实验 摘要：激光器的三个基本组成部分是：增益介质、谐振腔、激励能源。本实验通过测量半导体激光器的输出特性、偏振度和光谱特性，进一步了解半导体激光器的发光原理，并掌握半导体激光器性能的测试方法。 关键字：半导体激光器偏振度阈值光谱特性 一、引言 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。半导体激光器发射激光必须具备三个基本条件：（1）产生足够的粒子数反转分布；（2）合适的谐振腔起反馈作用，使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡；（3）满足阀值条件，使光子的增益≥损耗。半导体激光器工作原理是用某种激励方式，将介质的某一对能级间形成粒子数反转分布，在自发辐射和受激辐射的作用下，将有某一频率的光波产生（用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔），在腔内传播，并被增益介质逐渐增强、放大，输出激光。 二、实验仪器 半导体激光器装置、WGD-6型光学多道分析器、电脑、光功率指示仪等。 三、实验原理 3.1半导体激光器的基本结构 半导体激光器大多数用的是GaAs或Gal-xAlxAs材料，p-n结激光器的基本结构如图1所示，p-n结通常在n型衬底上生长p型层而形成。在p区和n区都要制作欧姆接触，使激励电流能够通过，这电流使结区附近的有源区内产生粒子数反转，还需要制成两个平行的端面其镜面作用，为形成激光模提供必须的光反馈。图1中的器件是分立的激光器结构，它可以与光纤传输连成线，如果设计成更完整的多层结构，可以提供更复杂的光反馈，更适合单片集成光电路。

激光光源的DLP投影技术

激光光源的DLP投影技术 色彩超级理想的DLP 投影仪问世：三菱发布3 原色激光投影技术 原理图： 三菱发布3 原色激光投影技术Mitsubishi 三菱公布了一组全新投影技术：支持「xvYCC」颜色规格的3 原色半导体激光投影技术，新技术会率先应用于DLP 背投电视。根据三菱表示应用激光投影技术后，比传统DLP 投影，除了 画质提高外，也不再需要色彩过滤器和色轮，而且投影亮度更高，而且预计售价也会降低、而且体积更小、电力能耗更低、光源寿命更长。三菱更声称：激光投影技术的画质会让电视和投影市场对画面的要求换然一新！ 激光投影技术是将原来的投影灯泡更换成3 原色的半导体激光光源，3 原色激光通过光纤将光源引入光路，然后投射到DMD 上，从而完成投影成像。 配合激光投影技术，三菱特别开发了「自然彩色管理技术(NCM)」，将映像 信号分解成亮度和颜色，更进一步把颜色成分12 组，然后独立运算，生成最 适合的投影颜色。 三菱这个激光投影技术更是支持「xvYCC」颜色规格，xvYCC 国际影像的技术标准在于将现有色域扩大约1.8 倍来加强色彩复制功能（awidercolorreproduction），因此，支持xvYCC 技术的显示器，所表现出来的色彩将十分接近人类视觉可自行辨识的色彩范围。 还有柯达KODAK 公司的线性光栅技术。原理是用微机械技术，造处电出光栅，能让光线衍射来实现对比度。 一个瞬间，能出现一维彩带，然后扫描为二维画面。 在2004 年6 月份，柯达使用MEMS（微电机系统）开发成功了新型激光投影电视元件，并在SID 2004 展会上进行了首次展出。可用作前投和背投电视的

光谱学中常用的激光光源

光谱学中常用的激光光源 光谱分析是研究物质结构的重要手段。激光引入光谱分析后，至少从5个方面扩展和增强了光谱分析能力：（1）分析的灵敏度大幅度提高；（2）光谱分辨率达到超精细程度；（3）可进行超快（10-100 fs量级）光谱分析；（4）把相干性和非线形引入光谱分析；（5）光谱分析用的光源波长可调谱。自从激光引入之后，先进的光谱分析已经激化了。[2] 3激光光谱学常用的几种激光器3.1固体激光器 以玻璃或者晶体等固体材料作基质，掺入某些激活离子做成激光工作物质的激光器。固体激光器工作特点是工作物质坚固，激活离子密度比较高。因此，单位工作物质能够产生较高激光能量（或功率）。工作物质有储能效应，能产生很高峰值激光功率。主要缺点是大多数激光器件的能量转换效率不高，输出的激光波长不够多样化，往往只能产生某一种或少数几种波长。不过，随着固体激光器技术的发展，这两个缺点已逐步在克服，比如采用半导体激光器做抽远光源，替代传统的闪光抽运，总体能量转换效率已提高5~10倍。用掺杂Cr和Ti 的过渡金属离子做成激活离子工作物质，输出的激光波长能够可调谐；掺三价稀土元素Tm、Ho、Er做成的工作物质，输出的激光波长已扩展到红外波段（2~3um）。世界上第一台激光器是以红宝石做基质，掺铬离子做激活离子做成的工作物质的激光器，它诞生于1960年夏天，由美国休斯公司的梅曼研制成功。 以下是两种典型的固体激光器： 1）离子掺杂固体激光器 在基质晶体或玻璃中添加过渡金属和稀土类离子作发光中心是一类重要的激光器。红宝石(Al2O3:中掺杂Cr 3+)是实现激光作用的第一种材料，其波长为694 nm，激光的激活粒子是掺在A1 O3晶体中的Cr3+离子。掺钦忆 2 铝石榴石(Nd3+: YAG)是利用三价铷离子(Nd3+)作激活粒子，室温下激光发射波长为1064 nm。 大多数晶体中掺杂离子激光器具有相当窄的增益带宽，大约为波长的万分之一。改变晶体温度，中心波长会略有改变，但没有什么实用价值。在非定形固体(如玻璃)中，增益带宽会有明显增加，比如钦玻璃的谱线宽度约为300 cm-1,Nd3+:YAG的谱线宽度约大50倍。这是由于玻璃的无定形结构所造成的，它使各个Nd3+离子的周围环境稍有不同，从而使离子的能级分裂发生微小的变化，因此不同离子的辐射频率也有微小的差别，这会引起自发辐射光谱的加宽。但是同宽带可调谐系统，比如染料激光器或色心 激光器相比较还是较小，前者的调谐区为中心波长的1-3%，而后者为5-20% ,在包含三价稀土类离子(Pr 3+、Er3+、Ho 3+、Tm3+ , Nd3+等)的固体激光器中，用闪光灯激发，得到从0.55 jtm(Pr:LaF3)到2.69 jtm (ErF3:TmF3:CaF3) 之间的100多根振荡线，其中Nd:Y AG的1064 nm激光跃迁是熟知的高功率振荡线.用YLF(LiYF4)作基质晶体材料，使固体激光器的振荡波段从Ce:YLF的325 nm扩展到Ho:YLF的3.19拌m.掺过渡金属离子的波长可调谐固体激光器是目前世界各国竞相研究的一种新型固体激光器。表2给出主要的掺过渡金属离子的波长可调激光器。由表可见，这 些掺过渡金属离子 的波长可调激光器， 在可见光到近红外 区域内振荡。 2）色心激光器 色心是碱金属 卤化物晶体及碱土 氟化物晶体中离子位置结合一个电子而形成的。它是固态晶体结构中光学激活晶格缺陷。典型的色心是离子晶体中一个负离子空缺，从而在晶体的一个小区间内形成过量的正电荷。一个自由电子可被束缚在这个势阱里。电子在该势阱里束缚态之问的光学允许跃迁就成了晶体光谱中新的吸收带。电子在色心激发态具有不同于基态的电子分布，因此对不同的电子态周围离子的平衡位置也略有不同。这样，电子从基态吸收一个光子就会进入电子激发态的“振动激发态”。晶体的迅速的振动弛豫使其很快达到平衡态，从而向基电子态的振动激发态跃迁而放出光子。这种过程同后面在染料激光器泵浦机制中所讨论的是相同的。而且多种色心激光器可以像染料激光器一样成为宽调谐激光器。所不同的是染料激光器长波段通常只能到lAm,而色心激光器调谐范围为0.8- 4(cm)。像染料激光器一样，色心激光器可以脉冲或连续运转。 后面讨论的染料激光器的一些限制也同样适用于色心激光器。首先Stokes偏移必须足够分离吸收谱和荧光谱;其次激发态必须没有强吸收;最后激发态无辐射失活必须慢。像染料激光器那样，这些条件使某些色心不能成为有效的激光器。

半导体激光器研究的依据及意义-Read

半导体激光器研究的依据及意义 信息技术已成为当今全球性战略技术。以光电技术和微电子技术为基础所支持的通信和网络技术已成为高技术的核心，正在深刻影响国民经济、国建设的各个领域。其中，半导体激光器起着举足轻重的作用 半导体激光器 ，其转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制以及与其它半导体器件集成的能力强等特点而成为信息技术的关键器件。在光谱技术、光外差探测、医疗、加工等领域得到愈来愈广泛的应用。目前，它已是固体激光器泵浦、光纤放大器泵浦中不可替代的重要光源。 但是，半导体激光器正常工作时，需要稳定的环境温度。环境温度的变化以及激光器运转时器件发热而导致其温度起伏，将直接影响激光器输出功率的稳定性和运行的安全可靠性，甚至造成半导体激光器的损坏。因此，半导体激光器的驱动电源温度控制问题越来越受到人们的重视。 阀值是所有激光器所具有的特性，它标志着激光器的增益与损耗的平衡点。由于半导体激光器是直接注入电流的电子—光子转换器件，因此其阀值是常用电流密度或者电流来表示的。温度是影响半导体激光器阀值特性的主要因素。温度对阈值电流密度的影响由下面公式 J th （T ）=J th （T r ）exp[(T-T r )/T 0] 1. (1) 给出。T 为半导体激光器的工作温度，T r 为室温，J th （T ）为工作温度 下的阈值电流密度，J th （T r ）为室温下的阈值电流密度，T 0是表征半导 体激光器温度稳定性的特征温度，它与激光器所使用的材料及结构有关。 温度的变化也影响半导体激光器的激光波长，λ=2nL/m 1.(2) 中，n 为折射率，m 是模数，波长λ随折射率n 和长度L 较大程度的影响。波长λ对T 微分，这里，折射率是温度和波长的函数，即： (1/λ)(d λ/dT)=(1/n)(аn/аλ)T (d λ/dT)

激光的技术习题

激光原理与技术实验 YAG 多功能激光实验系统光路图 实验内容 一、固体激光器的安装调试 1、安装激光器。 2、调整激光器，使输出脉冲达最强 二、激光参数测量 1、测量自由振荡情况下激光器的阈值电压。 2、测量脉冲能量和转换效率。 3、测量光束发散角。 三、电光调Q 实验研究 1、调整Q 开关方位，寻找V λ/4 。 2、确定延迟时间。 3、测试动静比。 四、倍频实验 1、测量倍频光能量与入射角的关系。 2、倍频效率的测量。 五、激光放大实验 1、放大器放大倍率测量。 2、放大器增益测量 3、最佳时间匹配测量。 M 1 脉冲氙灯 脉冲氙灯

第一章 习题 1、请解释 （1）、激光 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 辐射的受激发射光放大 （2）、谐振腔 在工作物质两端各放上一块反射镜，两反射镜面要调到严格平行，并且与 晶体棒轴垂直。这两块反射镜就构成谐振腔。谐振腔的一块反射镜是全反射镜， 另一块则是部分反射镜。激光就是从部分反射镜输出的。谐振腔的作用一是提 供光学正反馈，二是对振荡光束起到控制作用。 （3）、相干长度 从同一光源分割的两束光发生干涉所允许的最大光程差，称为光源的相干 长度，用?Smax 表示，相干长度和谱线宽度有如下关系： ?Smax = λ2 / ? λ 光源的谱线宽度越窄，相干性越好。 2、激光器有哪几部分组成？ 一般激光器都具备三个基本组成部分：工作物质、谐振腔和激励能源。 3、激光器的运转方式有哪两种？ 按运转方式可分为： 脉冲、连续 ，脉冲分单脉冲和重复脉冲。 4、为使氦氖激光器的相干长度达到1km ，它的单色性?λ/λ应为多少？ 109max 10328.61016328.0-?=?==?m m S μμλλ λ 第二章 习题 1、请解释 （1）、受激辐射 高能态E 2 的粒子受到能量 h ν = E 2 - E 1 光子的刺激辐射一个与入射光子一模 一样的光子而跃迁到低能级 E 1 的过程称受激辐射. （2）高斯光束 由凹面镜所构成的稳定谐振腔中产生的激光束即不是均匀平面光波，也不 是均匀球面光波，而是一种结构比较特殊的高斯光束，沿 Z 方向传播的高斯光 束的电矢量表达式为：

荧光分析技术新进展

第27卷第5期 唐山师范学院学报 2005年9月 Vol. 27 No.5 Journal of Tangshan Teachers College Sep. 2005 ────────── 收稿日期：2005-04-02 作者简介：孙继红（1969-），男，河北丰南人，唐山第九中学中教一级教师。 - 19 - 荧光分析技术新进展 孙继红1，钱丹青2 （1.唐山第九中学，河北 唐山 063000；2.唐山学院 机电系，河北 唐山 063000） 摘 要：荧光分析法因具有灵敏度高,线性范围宽等优点。综述了近年来荧光分析技术的发展情况，并对各种荧光分析新技术的特点和应用进行了归纳。 关键词：荧光分析；HPLC ；离子色谱 中图分类号：O657.3 文献标识码：B 文章编号：1009-9115（2005）05-0019-02 近年来荧光分析研究发展迅速，年文献量不断增加。主要应用领域有中西药、临床、生物大分子、食品营养和添加剂等试样。激光诱导荧光法诊断恶性肿瘤，显微荧光法研究药物与细胞的相互，DNA 编序及含量的荧光法测定均是目前受到关注的热点问题。 1 荧光分析新技术 近些年更多的研究者转向充分利用或开发仪器软件技术，以期提高发光分析的选择性和灵敏度，这方面年均论文数量增长了约两倍。刘绍璞先生等率先研究了分子二级散射光谱、共振荧光光谱、共振瑞利散射光谱的分析应用并取得了丰硕成果。郑飞跃等利用解卷积法、黄俊利用相调制技术研究了荧光寿命的测量。潘利华等[1-3]研究了激光诱导荧光寿命测量以及在稀土元素测定中的应用。其它关于金属配合物及镁、铝测定[4][5]及塑封料中铀的测定也有报道[6]。 导数光谱、多维光谱、偏振光谱、磁效应、时间分辨技术、恒能量、固定波长或可变角荧光法等，单独或几种方法的结合并借以化学计量学手段，在提高分析选择性方面具有很大的优越性，而且论文日趋增多，在医药临床、环境检测、石油勘探等领域得到广泛应用。吡哌酸的固体表面延迟荧光测定具有较好的灵敏度[7]。高灵敏检测器以及荧光成像技术对提高分析灵敏度、从有限样品中获取更丰富的化学信息显 示出大的威力。电感偶合检测器件（CCD ）[8-10]、增强型CCD （ICCD ）[11][12]结合毛细管电泳及激光诱导荧光技术，使得分析检出限显著降低。荧光成像技术[13]可望获得单细胞的化学信息。国外单细胞或单分子检测的研究非常活跃，而上述技术的联合应用对此是必不可少的。 荧光免疫及生化分析持续好的势头。赵启仁等[14]研究了铕标记抗癌胚抗原单克隆抗体C17的应用。周四元等[15]提出对氟苯酚2过氧化氢2辣根过氧化物酶体系酶联荧光免疫法，并用于人血清中乙肝表面抗原和表面抗体测定。姚凤姬等[16]用非标记铕络合物荧光免疫法测定了血清中金属硫蛋白。王敏灿等[17]合成了荧光免疫分析中增强22萘甲酰三氟 丙酮。李建中等用新合成的荧光标记试剂KLUK 标记靶细胞K562，采用时间分辨技术，测量了NK 细胞毒性，具有很好的应用前景。 2 荧光检测技术与其它仪器联用 荧光分析法因具有灵敏度高，线性范围宽等优点，愈来愈引起人们的重视，尤其是近年来激光、计算机、电子学等新技术的飞速发展，加速了荧光分光光度计与其它技术的结合而形成多种多样的新型荧光分析。 荧光分光光度计的联用技术与紫外可见分光光度计的联用技术有许多相似之处。首先它可以作为一种仪器的检测器，其次可以作为一个独立的主体与其它附件相连接，形成一种新的测试系统，最后它还可以与其它分析技术相结合构成一种新型的分析仪器。 2.1 荧光检测与HPLC 联用 液相色谱检测器种类很多，灵敏度较高、选择性较好的荧光检测器在进行微量分析中经常使用。如许多芳香族化合物如蒽、菲、芴等在特定条件下发出特征荧光，利用HPLC 的荧光检测器可以同时测定上述物质。Tanabe 等[18]设计一种供HPLC 用的多波长荧光检测系统，有4个干涉滤光片和光电倍增管通道;Gluckman 等[19]研制的荧光检测器，流通池为150μL ，可用于毛细管HPLC 和超临界色谱，其最小检测量为0.2pg 。 2.2 荧光检测与离子色谱联用 Mho 等人[20]研制一套供离子色谱用的双光束激光激发间接荧光检测器，它用具有荧光的淋洗离子维持恒定背景信号，当待测离子淋出时，信息观测信号减少。这种荧光检测器可以检测纳克级阴离子，方法灵敏度非常高。 2.3 激光光源引入荧光分光光度计 激光光源引入荧光计在我国开发较早，也是目前应用比较成熟的仪器之一，如测铀仪就是其中的代表[21]。时间分辨激光荧光分光光度计的研制成功，大大改善了荧光仪器的性能，这类仪器已广泛应用于环境监测、稀土分析、冶金、化

半导体激光器实验报告

半导体激光器实验报告 课程：_____光电子实验_____ 学号： 姓名： 专业：信息工程 南京大学工程管理学院

半导体激光器 一．实验目的 （1）通过实验熟悉半导体激光器的光学特性 （2）掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节 （3）根据半导体激光器的光学特性考察其在光电技术方面的应用 二．实验原理 1.半导体激光器的基本结构 半导体激光器大多数用的是GaAs或Gal-xAlxAs材料。P-n结通常在n 型衬底上生长p型层而形成，在p区和n区都要制作欧姆接触，使激励 电流能够通过，电流使结区附近的有源区产生粒子数反转。 2.半导体激光器的阈值条件 当半导体激光器加正向偏置并导通时，器件不会立刻出现激光震荡，小电流时发射光大都来自自发辐射，随着激励电流的增大，结区大量粒 子数反转，发射更多的光子，当电流超过阈值时，会出现从非受激发射 到受激发射的突变。这是由于激光作用过程的本身具有较高量子效率的 缘故，激光的阈值对应于：由受激发射所增加的激光模光子数（每秒） 正好等于平面散射，吸收激光器的发射所损耗的光子数（每秒）。 3.横模和偏振态 半导体激光器的共振腔具有介质波导的结构，所以在共振腔中传播光以模的形式存在。每个模都由固有的传播常数和横向电场分布，这些 模就构成了激光器中的横模。横模经端面射出后形成辐射场，辐射场的 角分布沿平行于结面方向和垂直于结面方向分别成为侧横场和正横场。 共振腔横向尺寸越小，辐射场发射角越大，由于共振腔平行于结面方向 的宽度大于垂直于结面方向的厚度，所以侧横场小于正横场的发散角。 激光器的GaAs晶面对TE模的反射率大于对TM模的反射率，因而TE模需要的阈值增益低，TE模首先产生受激发射，反过来又抑制了TM 模，另一方面形成半导体激光器共振腔的波导层一般都很薄，这一层越

实验一-半导体激光器系列实验

实验一-半导体激光器系列实验

实验一半导体激光器系列 实验

一、实验设备介绍 2．配套仪器的使用 WGD-6光学多道分析器的使用参考WGD-6光学多道分析器的使用说明书。 3．激光器概述 光电子器件和技术是当今和未来高技术的基础，引起世界各国的极大关注。其中半导体激光器的生产和应用发展特别迅猛，它已经成功地用于光通讯和光学唱片系统；还可以作为红外高分辨率光谱仪光源，用于大气测污和同位素分离等；同时半导体激光器可以成为雷达，测距，全息照相和再现、射击模拟器、红外夜视仪、报警器等的光源。半导体激光器，调频器，放大器集成在一起的集成光路将进一步促进光通 - 1 -

讯，光计算机的发展。 激光器一般包括三个部分： （1）激光工作介质 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有利的。现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外到远红外，非常广泛。 （2）激励源 为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。 （3）谐振腔 有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很弱，无法实际应用。于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射，一块大部分反射、 - 2 -

半导体激光器输出特性的影响因素

半导体激光器输出特性的影响因素

半导体激光器输出特性的影响因素 半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应用。下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。 1． 波长 半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)。 hf = Eg f (Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长 且c=3×108m/s ， h=6.628×10?34 J ·s ，leV=1.60×10?19 J 得 决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。 λ c =f ) ( )(24.1m eV Eg μλ=

不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg ，因而有不同的发射波长λ：GaAlAs-GaAs 材料适用于0.85 μm 波段， InGaAsP-InP 材料适用于 1.3~1.55 μm 波段。 温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。 2． 光功率 半导体激光器的输出光功率 其中I 为激光器的驱动电流，P th 为激光器的阈值 功率；I th 为激光器的阈值电流；ηd 为外微分量 子效率；hf 为光子能量；e 为电子电荷。 hf 、e 为常数，Pth 很小可忽略。由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I 、阈值电流I th 以及外微分量子效率ηd 。驱动电流是可随意调节 的，因此这里主要讨论后两者。除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。 1）阈值电流 半导体激光器的输出光功率通常用P-I 曲线 ) (th d th I I e hf P P -+=η

浅谈普通光源与激光

浅谈普通光源与激光 摘要：本文主要概括了普通光源与激光的产生差别，激光的原理和发展历程。以及性质的不同而在运用中的不同，从而更深刻的让我们对这两个东西产生认识的兴趣以及加深对它们的了解。 关键词：本质性质发展运用 总的来说“光”是一种频率极高的电磁波，具有一定的能量和动量；但是，它具有一般电波所不具备的特殊性，例如它的产生和检测，以及与其他物质相互作用等过程中显现出粒子性的特征，①.接下来我们就来说一说‘普通光源与激光’ 一、什么是光源，普通光源的分类。 发光物体叫做光源，光源与普通光源与激光光源之分。激光光源由特定的发光物质及特殊的结构部件所组成，而普通光源则随处可见。 根据光源中基本发光单元激发方式的不同，普通光源大体可以分为以下几类： 1)化学发光。发光过程中辐射体内部发生化学变化，依靠消耗自身化学能量而发光。如燃 烧、放烟火等。 2)热致发光。温度高的物体可以发出可见光。如白炽灯、太阳光等。 3)电致发光。依靠电场能量的激发而发光。如闪电、电弧灯、火花放电、辉光放电等。 4)光致发光。用外来光激发所引起的发光现象。如日光灯、夜光表急某些交通指示牌上 的磷光物质的发光都属于光致发光。 上面的各种发光方式的不同，但总的来说普通光源的原理是自发地原子和光子的跃迁。上述各种发光过程，其差别就在于激发的方式不同，而发光的微观机制确是共同的。即在外界条件的激励下，光源中的原子、分子吸收能量而处于一种不稳定的激发态。在没有任何外界作用的情况下，它能自发地跃迁回低激发态或基态，并发射出一定频率的电磁波。② 二、激光是怎么发现的，以及在激光发现后历程。 总的来说激光是一种人工的光，它的大多数来至于人工制作，并且只要是因为激光器的产生大大的推进了激光事业的发展，可谓是一个划时代的举措。 迄今为止，光学已经有两千余年的历史，但在激光产生之前，人们使用的光源主要是炽热物体的热辐射和气体放电管，机理是自发发射，这是一个随机过程，相干性不好，两个光源甚至同一个光源的两点发出的光也不能形成干涉条纹。19世纪末赫兹发明了无线电波，20世纪初出现电子管后电磁波可由电子振荡器产生，可以产生单一频率持续时间任意长的完整正弦波，有很好的相干性，但波长只可以缩短至毫米波，因为放大器和选频用的谐振腔在电子学中无法实现。 激光器的产生给人们带来了希望，让人们走进了激光的研究。1.激光器的原理。激光器的通常组成由工作物质、激励源和谐振腔。

中红外半导体光源和探测器件及其应用

第40卷第10期红外与激光工程2011年10月Vol.40No.10Infrared and Laser Engineering Oct.2011 中红外半导体光源和探测器件及其应用 张永刚，顾溢，李耀耀，李爱珍，王凯，李成，李好斯白音，张晓钧 (中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室，上海200050) 摘要：中红外波段(2~25μm)的光电子器件在气体检测、红外遥感和红外对抗等领域都有重要应用。介绍了笔者近年来在中红外波段的半导体光源和光电探测器方面的工作进展，包括InP基量子级联激光器、2μm波段锑化物量子阱激光器和波长扩展InGaAs光伏型探测器的研制以及器件应用方面的工作。这些光电子器件所用高性能材料都是笔者采用分子束外延方法生长的，中红外分布反馈量子级联激光器可在高于室温下脉冲工作，2μm波段锑化物量子阱激光器可在80℃下连续波工作，室温工作InGaAs探测器的截止波长扩展已至2.9μm。这些器件已在气体检测等方面获得应用。 关键词：中红外；半导体激光器；光电探测器；化合物半导体；分子束外延 中图分类号：TN24文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)10-1846-05 Mid-infrared semiconductor light sources,detectors and its applications Zhang Yonggang,Gu Yi,Li Yaoyao,Li Aizhen,Wang Kai, Li Cheng,Li Haosibaiyin,Zhang Xiaojun (State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics,Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology,Chinese Academy of Sciences,Shanghai200050,China) Abstract:The optoelectronic devices in mid-infrared(2-25μm)band have important applications in gas detection,infrared remote sensing,infrared countermeasure,etc.Our efforts on the development of mid-infrared semiconductor light sources and photodetectors,including InP-base quantum cascade lasers,2μm band antimonide quantum well lasers and InGaAs photovoltaic detectors with expansion length were reviewed.The high performance materials for those devices were based on our molecular beam epitaxy grown wafers.Pulse operation of mid-infrared distribution feedback quantum cascade lasers was achieved, and continuous wave operation of2μm band antimonide multi quantum well lasers at80℃was reached. The cut off wavelength of room temperature operation InGaAs photodetector was extended to2.9μm. Those devices had been used for gas detection,etc. Key words:mid-infrared;semiconductor laser;photodetector;compound semiconductors; molecular beam epitaxy 收稿日期：2011-02-13；修订日期：2011-03-15 基金项目：国家973计划(2006CB604903)；863计划(2006AA03Z0406)；国家自然科学基金(60136010，60876034，60406008，60676026)作者简介：张永刚(1957－)，男，研究员，博士，主要从事化合物半导体光电材料、器件及应用研究。Email:ygzhang@https://www.sodocs.net/doc/f116568064.html,

半导体激光器实验报告

实验13半导体激光器实验 【实验目的】 1.通过实验熟悉半导体激光器的电学特性、光学特性。 2.掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节。 3.根据半导体激光器的光学特性考察其在光电子技术方面的应用。 4.掌握WGD-6光学多道分析器的使用 【仪器用具】 半导体激光器及可调电源、WGD-6型光学多道分析器、可旋转偏振片、旋转台、多功能光学升降台、光功率指示仪 【实验原理】 1、半导体激光器的基本结构 半导体激光器的全称为半导体结型二极管激光器，也称激光二极管，激光二极管的英文名称为laser diode，缩写为LD。大多数半导体激光器用的是GaAs或GaAlAs材料。P-N结激光器的基本结构和基本原理如图13-1所示，P-N结通常在N型衬底上生长P型层而形成。在P区和N区都要制作欧姆接触，使激励电流能够通过，这电流使得附近的有源区内产生粒子数反转（载流子反转），还需要制成两个平行的端面起镜面作用，为形成激光模提供必需的光反馈。 图13-1（a）半导体激光器结构

图13-1（b ） 半导体激光器工作原理图 2、半导体激光器的阈值条件 阈值电流作为各种材料和结构参数的函数的一个表达式： )]1ln(21[8202R a D en J Q th +?=ληγπ 这里， Q η是内量子效率，0λ是发射光的真空波长，n 是折射率， γ?是自发辐射线宽， e 是电子电荷，D 是光发射层的厚度， α是行波的损耗系数，L 是腔长，R 为功率反射系数。

图13-2半导体激光器的P-I特性 图13-3 不同温度下半导体激光器的发光特性 3、伏安特性 伏安特性描述的是半导体激光器的纯电学性质，通常用V-I曲线表示。V-I曲线的变化反映了激光器结特性的优劣。与伏安特性相关联的一个参数是LD的串联电阻。对V-I曲线进行一次微商即可确定工作电流（I）处的串联电阻（dV/dI）。对LD而言总是希望存在较小的串联电阻。 图13-4典型的V-I曲线和相应的dV/dI曲线 3、横模特性 半导体激光器的共振腔具有介质波导的结构，所以在共振腔中传播光以模的形式存在。每个模都由自己的传播系数β和横向电场分布，这些模就构成了半导体激光器中的横模。横模经端面出射后形成辐射场。辐射场的角分布沿平行于结面方向和垂直结面方向分别成为正横场和侧横场。 辐射场的角分布和共振腔的几何尺寸密切相关，共振腔横向尺寸越小，辐射场发射角越大。由于共振腔平行于结面方向的宽带大于垂直于结面方向的厚度。所以侧横场小于正横场 θ=，d表示共振腔宽度。共振发射角，如图13-5所示；侧横场发射角可近似表示为：d/λ