光栅在半导体激光器中的作用.ppt

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1、激光器的设计与制作-----半导体激光技术首先，尽管激光二极管输出的每个单模的线宽较窄，但输出光束是多纵模的，其单色性由激活介质的辐射线宽所决定。激光的单色性好表现在其单模上，因此要使激光真正表现出很高的单色性来，在技术上还需解决一个问题，就是从多模中提取单模。其次，基于光与原子相互作用需要用激光来和原子的超精细能级相作用,对激光的线宽要求很窄，87Rb的超精细能级的自然线宽约6MHz，因此要想激光的线宽低于MHz量级，需要对其线宽进行压窄。怎么办？？？问题：发展了多种基于外部光学反馈的技术手段，来解决上述问题。外部光反

2、馈：在半导体激光器之外附加了外反馈元件后，将加大各个模式之间的损耗差别，外反馈仅允许一个较窄波长范围内的光能返回到激光二极管的发光区，相当于在反馈范围内的模式的损耗曲线急剧下降。其增益损耗差比中心处的大很多，因此，通过增益饱和模式竞争,将只允许反馈范围内的模式存在，而其他波长处的模式被抑制。外腔半导体激光器：是在半导体激光器(激光二极管)的外部引入外反馈元件构成的。激光二极管(LD)的自然解理面构成外腔半导体激光器的内腔，内腔还可以称为本征腔；外反馈元件与芯片端面构成的谐振腔为外腔，平面反射镜，光栅，F一P标准具以及这些

3、元件的组合都可以作为外腔半导体激光器的外反馈元件。在各种外反馈元件中，光栅是目前应用最为普遍的外反馈元件。大量相同的狭缝等间隔平行地排列就构成一个光栅。光栅的构造b:缝宽；d:光栅的周期（1）光栅的结构光栅的基本原理---光栅的结构及多缝Fraunhofer（夫琅禾费）衍射具有周期性的空间结构或光学性能的衍射屏，统称光栅。光栅主要作用：分析光谱b:缝宽；d:光栅的周期种类透射光栅，反射光栅。a是透光部分的宽度，b是不透光部分的宽度，光栅常量d=a+b，是光栅的重要参数。（1）光栅的结构光栅的基本原理---光栅的结构及多缝

4、Fraunhofer（夫琅禾费）衍射光栅的基本原理---光栅的结构及多缝Fraunhofer（夫琅禾费）衍射衍射角光栅的基本原理---光栅的结构及多缝（夫琅禾费）衍射光栅衍射明条纹的必要条件1、考虑多光束干涉每条缝作为一个集体提供一光线进行多光束干涉衍射角为时，相邻两缝间的光程差：由振动叠加规律知，当满足干涉相长，在方向形成明条纹。衍射角光栅的基本原理---光栅的结构及多缝Fraunhofer（夫琅禾费）衍射满足上面条件时出现干涉明纹此时并未没考虑单缝的衍射影响，得到的明纹强度都相等。2.单缝衍射对光栅多光束干涉结

5、果的修正考虑单缝衍射影响后，必须对各级明纹的强度做出修正。每条单缝都发生衍射，所以各缝的光强是单缝衍射后的光强。需要注意：两缝衍射强度分布是重合的！条纹位置不变,由多缝干涉决定，但强度受到单缝衍射的调制。3、综合考虑多缝干涉和单缝衍射I单缝衍射轮廓线I光栅中狭缝条数越多，明纹越亮.1条缝2条缝3条缝5条缝6条缝20条缝亮纹的光强：单缝光强）（　：狭缝数，光栅的基本原理---光栅的结构及多缝夫琅禾费衍射当满足时同时满足单缝衍射极小条件：光栅衍射的第k级主明纹与单缝衍射k´级暗纹重合，k级主明纹不会出现，称为缺级现象。k和

6、k´的关系为：四、缺级两整数之比时，缺级即：光栅的基本原理---光栅的结构及多缝夫琅禾费衍射缺缺缺缺765432101234567O五、条纹特点满足光栅方程出现的明纹称为主极大，光栅方程是主极大的必要条件，但不是充分条件（存在缺级）。主极大位置sin=0，(/d)，2(/d)，…和缝数无关亮度：单缝衍射和多缝干涉的总效果。——光栅方程1、主极大k=0称为中央明纹可以证明：在两个相邻主极大之间有N-1个暗纹。2、极小在N很大时，光栅衍射的暗纹和次极大联成一片，几乎无法分辨，形成一个暗区，把主极大衬托的既细又明亮。

7、相邻两极小之间有一个次极大，相邻两主极大间有N-2个次极大；因亮度很小，一般可不计。3、次极大2、主明纹在屏幕上的位置第k级明纹到中央明纹中心的距离一定，减少，增大．3、明纹间相距和光栅常数、入射波长的关系由光栅方程可得第k级主明纹与第k＋1级主明纹之间的角距离表示：入射光波长一定，光栅常数越小，明纹间相隔越远。一定，增大，　增大．表示：光栅常数一定，入射光波长越大，明纹间相隔越远。和在光栅法线同侧时，相邻两缝的光程差光栅公式：4、单色平行光斜入射情况ABCDP和在光栅法线异侧时，相邻两缝的光程差入射光为白光时，

8、不同，不同，按波长分开形成光谱.5、白光入射一级光谱二级光谱三级光谱光栅单色器的工作原理输出平行光单缝0级光无色散，探测不同波长的强度，主要利用一级光在衍射光谱中，级数较高的谱线会发生重叠。谱线重叠满足的条件为6条纹的重叠当波长1的第k1级谱线与波长2的第k2级谱线重叠时，它们有相同的衍射角即1＝2由光栅公式