光电子技术基础》第二版朱京平Cha

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1、第3章激光原理与技术主要内容3.1相干光源、非相干光源与激光3.2光与物质相互作用理论——激光产生与传播基础3.3激光产生的条件3.4激光器的基本结构及输出3.5激光的特点3.6激光器的种类3.7激光脉冲技术3.8激光选模技术3.9激光稳频技术3.10其他激光技术3.1相干光源、非相干光源与激光如同电子学中的电源一样，光电子学中第一个接触的便是光源。光源器件主要是指电光变换器件，分成相干光源和非相干光源，如表3-1。表3-1光源器件分类着重由电转换成光的能量转换效率和颜色着重显示图象的清晰度、对比度、色彩饱和

2、度等着重光的单色性和高速脉冲性3.1相干光源、非相干光源与激光特点：各原子自发辐射的光波方向、频率及相位等都是不确定的、分散的（与人为形成且相位一致的电波相比）方向：四面八方无规则辐射频谱：如同火花放电，是白噪声；连续性：无数衰减脉冲光的集合(图(a))强度：光波亮度很低——杂乱无章的噪声光——传输衰减，出射光强恒小于入射光强。最早利用电作光源的是炭弧灯。(a)普通光源产生的非相干光——非相干光源来源：原子或分子体系的自发辐射3.1相干光源、非相干光源与激光——非相干光源1878年12月，英国斯万（Swan）发

3、明电灯泡。1879年10月，美国爱迪生（Edison）质量更好的电灯泡。1938年，美国纽曼（Neuman）等研制成荧光灯目前,呈现固体灯取代荧光灯的趋势。固体灯：利用超高亮度白光二极管或其他场致发光管制作优点：体积小、转换效率高、耗电省、加压低应用：已有交通灯、路标、宣传、广告牌等家用灯样品正走向实用。3.1相干光源、非相干光源与激光——相干光源特点：方向：发散很小频谱：单一连续性：无限连续亮度：极高在时间、空间上相位同步传输增益，出射光强增强激光器非线性光源(b)激光发射的相干光3.1相干光源、非相干光源与

4、激光——激光激光：受激放大光发射Laser，(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)单色亮度高出射光强远大于入射光强相位整齐方向性好强度高为信息处理提供了稳定的载息媒介。3.1相干光源、非相干光源与激光——激光1916年，美国爱因斯坦，提出概念，指明获得途径(《关于辐射的量子理论》)1954年，美国汤斯（C.H.Townes），研制成功MASER(致冷氨分子)，1958年，美国和前苏联科学家几乎同时提出了实现激光振荡的具体设想：美国肖洛（A.L.Sc

5、hawlow）/汤斯（C.H.Townes）（“红外和光学振荡器”）前苏联N.G.Basow/M.Prohorov(实现三能级粒子数反转和半导体激光器的建议)1960年，美国梅曼(T.H.Maiman)红宝石激光器问世（波长694.3nm）从理论到实现历时44年，原因有二：当时对激光的社会需求不迫切，还没有引起资助部门的注意，学者受微波振荡器金属封闭腔模型束缚，没有找到技术关键3.1相干光源、非相干光源与激光——激光1960年秋，美国Javan等1.15m连续振荡He-Ne气体激光器。1962年，美国Nath

6、an、Hall和Quist77KGaAs半导体激光器。1966年，Sorokin等激光泵浦若丹明6G可调谐液体有机染料激光器。1966年，美国Dimmock、Bulter、Melngailis等低温工作窄带半导体近红外可调谐激光器。1970年，美国Lin等双异质结连续振荡半导体激光器。1980年后，等离子体激光器、超晶格量子阱激光器、光纤激光器、分布反馈(DFB)激光器、分布布拉格发射(DBR)激光器、超快激光器波长：紫外、可见、红外峰值功率：〉100TW量级最高平均功率：〉MW量级调谐范围：从200nm延伸到

7、4m。3.1相干光源、非相干光源与激光——非线性相干光源来源：激光与各种非线性光学材料相互作用1961年，美国Mc.Clung和Hellwarth发明激光调Q法，开辟道路。1962年，Woodburg等，受激喇曼激光器1969年，美国Patel等，自旋反转喇曼激光，1965年，美国与苏联成功实现光参量振荡，获得了另一种可调谐相干光源。1968年，开始利用锁模技术制造超短脉冲激光器1969年获得亚皮秒（10-13秒）光脉冲，现4-5飞秒(10-15秒)激光器已商品化，向阿秒10-18秒）进军。1970年，Moo

8、radian等，宽可调谐范围高效连续振荡自旋反转喇曼激光器。1971年，美国Dewey，用光差频法获得波长可调的红外光源；1972年，日本俊藤等，用和频产生出黄光；三次谐波产生、光整流效应等也相继得以实现。3.1相干光源、非相干光源与激光——信息光电子技术对光源的要求信息光电子技术对光源的要求单色性高速脉冲性方向性可调谐性高能量密度激光正是满足这些条件的最好的光源3.2光与物质相互作用