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基于F-P干涉技术的通信波段可调谐激光器

激光切割机技术参数...

FIBERBLADE Cutting System 光纤激光切割机 一、Messer激光切割系统介绍 1、机器原理 梅塞尔公司在工业用激光切割机的开发和制造领域已有近40年的经验. 其激光技术得到 了世界范围的认可, 并在许多不同领域得到应用. 划时代的技术发展, 如专利激光切割头, 表明了梅塞尔公司的技术能力. 在此领域为激光加工建立的新标准将为客户带来巨大的利益. 产品系列包括: 2维激光切割系统 3维激光切割系统

激光焊接系统 自动化设备 装料及卸料系统 通过与世界领先的激光器厂商的常年合作, 保证机器与激光的最佳组合. 其大激光功率及用户友好式的CNC数控系统适应高速切割及广泛的生产制造领域. Fiberblade具备良好的动态性能, 在宽广范围内可实现切割与零件重量无关的高精度无挂渣的成品零件. 机器配合编程软件及相应自动套料程序, 可实现快速高效的零件编程, 扩展机器应用. 应用激光束作为工具, 切割速度快, 成品部件割缝窄, 精度高. 可无困难地实现复杂轮廓的切割. 切口边缘光洁、无毛刺, 绝大多数场合下无需后续处理. Fiberblade主要应用领域为金属加工, 特别是碳钢、不锈钢和铝材. 该系统既可应用氧气切割, 也可采用保护气体实现高压切割. 经测试其可切割性后, 该系统可切割金属合金、塑料以及非金属材料机器设计理念除了实现最佳切割结果外, 同样关注环境保护问题. 采用抽烟除尘装置可满足最严格的排放标准. 机器可满足现有安全规程, 满足相关CE标准. 2、功能描述

Fiberblade激光切割机,是一个集最新动力工程,电脑数控和光纤激光器技术的全新技术 发展水平的设计它是市面上最先进的紧凑型中规格工业级光纤激光切割系统;无需激光器 维护的低维修费系统,高效率、低功耗。 机器工作台采用交换式工作台系统,减少上料时间. 该系统交替使用两块台面. 切割一块台面上的板材, 同时另一块台面位于工作区域外. 操作员可取下成品部件并换上新板, 机器同时进行切割. 另一台面上的工件完成后, 由工作区域换出, 新板就位. 板材置于工作台支架上并确定位置后, 切割头随垂直定位轴下降. 传感控制器保证切割头维持正确定位, 可避免板材变形引起的问题. 激光束通过光纤传输到切割头上, 然后由透镜聚焦. 切割头沿工件轮廓移动, 但不与工件接触, 激光束和切割气体通过割嘴聚集到工件上. 横向运动通过溜板滑动定位实现. 纵向运动由车架自行移动实现. 两套同步驱动伺服电机确保设备的高精度, 轴向运动的高加速度, 可变激光功率控制, 可切割如窄条, 尖角等的复杂图形部件. 通过CNC数控系统可自动设定切割参数如气体种类, 气体压力, 激光参数. CNC数控系统内的切割数据及图形数据的分离, 可实现快速变化的工作要求, 并增加机器功能的灵活性, 适用范围更广. 由随动式直接抽风系统, 把切割过程中产生的尘粒抽出, 并经过烟尘过滤后, 达到安全及环境规范的排放要求. 二、标准配置介绍 1、机器构造

激光原理习题

1、光与物质相互作用的三个基本过程:自发辐射、受激辐射、受激吸收。 2、激光器的损耗指的是在激光谐振腔内的光损耗,这种损耗可以分为两类:内部损耗、镜面损耗。 3、形成激光的条件:实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件。 4、激光的四个基本特性:高亮度、方向性、单色性和相干性。 5、激光调制方法:内调制是指在激光生成的振荡过程中加载调制信号,通过改变激光的输 出特性而实现的调制。 外调制则是在激光形成以后,再用调制信号对激光进行调制,它并不改 变激光器的参数,而是改变已经输出的激光束的参数。 就调制方法来讲,也有振幅调制、强度调制、频率调制、相位调制以及脉冲调制等形式。 6、三种谱线增宽形式:自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽。 7、单纵模激光器的选频方法:短腔法、法布里—珀罗标准具法、三反射镜法。 8、激光器的基本结构:激光工作物质:能够实现粒子数反转,产生受激光放大。激励能源:能将低能级的粒子不断抽运到高能级,补充受激辐射减少高能级上的粒子数。光学谐振腔:提高光能密度,保证受激辐射大于受激吸收。 9、高斯光束的基膜腰斑半径(腰粗)公式:W 0= 2 1 W s = 2 1 π λL 简答题: 1、用速率方程组证明二能级系统不可能实现粒子数反转分布。

2、简述光频电磁场与物质的三种相互作用过程,并指出其影响因素。(画图说明) 答:光与物质相互作用的本质是光与物质中的电子发生相互作用,使得电子在不同的能级之间跃迁。包括三种基本过程:自发发射、受激辐射以及受激吸收。 .自发发射——在无外电磁场作用时,粒子自发地从E2跃迁到E1,发射光子hv。(a)特点:各粒子自发、独立地发射的光子。各光子的方向、偏振、初相等状态是无规的, 独立的,粒子体系为非相干光源。受激辐射:——原处于高能级E2的粒子, 受到能量恰为hv=E2-E1的光子的激励, 发射出与入射光子相同的一个光子而跃迁到低能级E1 。特点:①受激发射只能在频率满足hv=E2-E1的光子的激励下发生;②不同粒子发射的光子与入射光子的频率、位相、偏振等状态相同; 这样,光场中相同光子数目增加,光强增大,即入射光被放大——光放大过程。受激吸收:——原处于低能级E1的粒子,受到能量恰为hv=E2-E1的光子照射而吸收该光子的能量,跃迁到高能级E2。 3、 3、简述激光器的基本结构以及产生激光的基本条件:①有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质,其激活粒子(原子、分子或离子)有适合于产生受激辐射的能级结构。②有外界激励源,将下能级的粒子抽运到上能级,使激光上下能级之间产生粒子数反转③有光学谐振腔,增长激活介质的工作长度,控制光束的传播方向,选择被放大的受激辐射光频率以提

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

光纤激光器工作原理及发展

光纤激光器的工作原理及其发展前景 1 引言 光纤激光器于1963年发明,到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市,经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视为一种超高速光通信用放大器。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的技术优势。光纤激光器有很多独特优点,比如:激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率得到迅速提高。已达到10—100 kW。作为工业用激光器,现已成为输出功率最高的激光器。光纤激光器的技术研究受到世界各国的普遍重视,已成为国际学术界的热门前沿研究课题。其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。本文简要介绍了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展,最后对光纤激光器的发展前景进行了展望。 2 光纤激光器的结构及工作原理 2.1光纤激光器的结构 和传统的固体、气体激光器一样。光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD),增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤,谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔,也可以用耦合器构成各种环形谐振腔泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤,增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后.最终形成稳定激光输出。图1为典型的光纤激光器的基本构型。 增益介质为掺稀土离子的光纤芯,掺杂光纤夹在2个仔细选择的反射镜之间.从而构成F—P谐振器。泵浦光束从第1个反射镜入射到稀土掺杂光纤中.激射输出光从第2个反射镜输出来。 2.2 光纤激光器的工作原理 掺稀土元素的光纤放大器促进了光纤激光器的发展,因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时.就会被稀土离子所吸收。这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级,从而实现离子数反转,反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态,并且释放出能量,完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有2种:自发辐射和受激辐射。其中,受激辐射是一种同频率、同相位的辐射,可

半导体激光器常用参数的测定

半导体激光器常用参数的测定 一 实验目的:掌握半导体激光器常用的电学参数及其测试方法 一 实验基本原理 1、 普通光源的发光——受激吸收和自发辐射 普通常见光源的发光(如电灯、火焰、太阳等地发光)是由于物质在受到外来能量(如光能、电能、热能等)作用时,原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级,即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收”过程。处在高能级(E2)的电子寿命很短(一般为10-8~10-9秒),在没有外界作用下会自发地向低能级(E1)跃迁,跃迁时将产生光(电磁波)辐射。辐射光子能量为 12E E h -=ν 这种辐射称为自发辐射。原子的自发辐射过程完全是一种随机过程,各发光原子的发光过程各自独立,互不关联,即所辐射的光在发射方向上是无规则的射向四面八方,另外未位相、偏振状态也各不相同。由于激发能级有一个宽度,所以发射光的频率也不是单一的,而有一个范围。在通常热平衡条件下,处于高能级E2上的原子数密度N2,远比处于低能级的原子数密度低,这是因为处于能级E 的原子数密度N 的大小时随能级E 的增加而指数减小,即N ∝exp(-E/kT),这是著名的波耳兹曼分布规律。于是在上、下两个能级上的原子数密度比为 ]/)(ex p[/1212kT E E N N --∝ 式中k 为波耳兹曼常量,T 为绝对温度。因为E2>E1,所以N2《N1。例如,已知氢原子基态能量为E1=-13.6eV ,第一激发态能量为E2=-3.4eV ,在20℃时,kT≈0.025eV,则 0)400ex p(/12≈-∝N N 可见,在20℃时,全部氢原子几乎都处于基态,要使原子发光,必须外界提供能量使原子到达激发态,所以普通广义的发光是包含了受激吸收和自发辐射两个过程。一般说来,这种光源所辐射光的能量是不强的,加上向四面八方发射,更使能量分散了。 2、 受激辐射和光的放大 由量子理论知识知道,一个能级对应电子的一个能量状态。电子能量由主量子数n(n=1,2,…)决定。但是实际描写原子中电子运动状态,除能量外,还有轨道角动量L 和自旋角动量s ,它们都是量子化的,由相应的量子数来描述。对轨道角动量,波尔曾给出了量子化公式Ln =nh ,但这不严格,因这个式子还是在把电子运动看作轨道运动基础上得到的。严格的能量量子化以及角动量量子化都应该有量子力学理论来推导。 量子理论告诉我们,电子从高能态向低能态跃迁时只能发生在l (角动量量子数)量子数相差±1的两个状态之间,这就是一种选择规则。如果选择规则不满足,则跃迁的几率很小,甚至接近零。在原子中可能存在这样一些能级,一旦电子被激发到这种能级上时,由于不满足跃迁的选择规则,可使它在这种能级上的寿命很长,不易发生自发跃迁到低能级上。这种能级称为亚稳态能级。但是,在外加光的诱发和刺激下可以使其迅速跃迁到低能级,并放出光子。这种过程是被“激”出来的,故称受激辐射。受激辐射的概念世爱因斯坦于1917年在推导普朗克的黑体辐射公式时,第一个提出来的。他从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性,这是激光的基础。 受激辐射的过程大致如下:原子开始处于高能级E2,当一个外来光子所带的能量hυ正好为某一对能级之差E2-E1,则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。这种受激辐射的光子有显著的特点,就是原子可发出与诱发光子全同的光子,不仅频

半导体激光器工作原理及主要参数

半导体激光器工作原理及主要参数 OFweek激光网讯:半导体激光器又称为激光二极管(LD,Laser Diode),是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。半导体激光器件,一般可分为同质结、单异质结、双异质结。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件,而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器的优点在于体积小、重量轻、运转可靠、能耗低、效率高、寿命长、高速调制,因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检测仪器等领域得到了广泛的应用。 半导体激光器工作原理是:通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种:电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS(砷化镓)、InAS(砷化铟)、Insb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶(PbS、CdS、ZhO等)作为工作物质,通过由外 部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶(GaAS、InAs、InSb等)作为工作物质,以其它激光器发出的激光作光泵激励。 目前在半导体激光器件中,性能较好、应用较广的是:具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管半导体激光器。 半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带,导带上面可以让电子自由运动,而价带下面可以让空穴自由运动,导带和价带之间隔着一条禁带,当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电,而带有电能的电子从导带跳回价带,又可以把电的能量变成光,这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。 小功率半导体激光器(信息型激光器),主要用于信息技术领域,例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器(DFB-LD)、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器(405nm、532nm、635nm、650nm、670nm)。这些 器件的特征是:单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。 大功率半导体激光器(功率型激光器),主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。 半导体激光器主要参数: 波长nm:激光器工作波长,例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。 阈值电流Ith:激光二极管开始产生激光振荡的电流,对小功率激光器而言其值约在数 十毫安。

激光原理例题

第四章思考与练习题 1.光学谐振腔的作用。是什么 2.光学谐振腔的构成要素有哪些,各自有哪些作用 3.CO2激光器的腔长L=1.5m,增益介质折射率n=1,腔镜反射系数分别为r1=,r2=,忽 略其它损耗,求该谐振腔的损耗δ,光子寿命Rτ,Q值和无源腔线宽ν?。 4.证明:下图所示的球面折射的传播矩阵为 ?? ? ? ? ? ? ? - 2 1 2 1 2 1 η η η η η R 。折射率分别为 2 1 ,η η的两介质分界球面半径为R。 5.证明:下图所示的直角全反射棱镜的传播矩阵为 ? ? ? ? ? ? ? ? - - - 1 2 1 η d 。折射率为n的棱镜高d。 6.导出下图中1、2、3光线的传输矩阵。

R 7. 已知两平板的折射系数及厚度分别为n 1,d 1,n 2,d 2。(1)两平板平行放置,相距l ,(2) 两平板紧贴在一起,光线相继垂直通过空气中这两块平行平板的传输矩阵,是什么 8. 光学谐振腔的稳定条件是什么,有没有例外谐振腔稳定条件的推导过程中,只是要求光 线相对于光轴的偏折角小于90度。因此,谐振腔稳定条件是不是一个要求较低的条件,为什么 9. 有两个反射镜,镜面曲率半径,R 1=-50cm ,R 2=100cm ,试问: (1)构成介稳腔的两镜间距多大 (2)构成稳定腔的两镜间距在什么范围 (3)构成非稳腔的两镜间距在什么范围 10. 共焦腔是不是稳定腔,为什么 11. 腔内有其它元件的两镜腔中,除两腔镜外的其余部分所对应传输矩阵元为ABCD ,腔镜 曲率半径为1R 、2R ,证明:稳定性条件为1201g g <<,其中11/g D B R =-;22/g A B R =-。 12. 试求平凹、双凹、凹凸共轴球面镜腔的稳定性条件。 13. 激光器谐振腔由一面曲率半径为1m 的凸面镜和曲率半径为2m 的凹面镜组成,工作物 质长0.5m ,其折射率为,求腔长L 在什么范围内是稳定腔。 14. 如下图所示三镜环形腔,已知l ,试画出其等效透镜序列图,并求球面镜的曲率半径R 在什么范围内该腔是稳定腔。图示环形腔为非共轴球面镜腔,在这种情况下,对于在由光轴组成的平面内传输的子午光线,f = R cos /2,对于在于此垂直的平面内传输的弧矢光线,f = R/(2cos),为光轴与球面镜法线的夹角。

激光器激励原理

激光器激励原理 —固体激光器 1311310黄汉青 1311343张旭日辅导老师:

摘要:固体激光器目前是用最广泛的激光器之一,它有着一些非常突出的优点。介绍固体激光器的工作原理及应用,更能够加深对其的了解。本论文先从基本原理和结构介绍固体激光器,接着介绍一些典型的固体激光器,最后介绍其在军事国防、工业技术、医疗美容等三个方面的应用及未来的发展方向。 关键词:固体激光器基本原理基本结构应用 1引用 世界上第一台激光器—红宝石激光器(固体激光器)于1960年7月诞生了,距今已有整整五十年了。在这五十年时间里固体激光的发展与应用研究有了极大的飞跃,并且对人类社会产生了巨大的影响。 固体激光器从其诞生开始至今,一直是备受关注。其输出能量大,峰值功率高,结构紧凑牢固耐用,因此在各方面都得到了广泛的用途,其价值不言而喻。正是由于这些突出的特点,其在工业、国防、医疗、科研等方面得到了广泛的应用,给我们的现实生活带了许多便利。 未来的固体激光器将朝着以下几个方向发展: a)高功率及高能量 b)超短脉冲激光 c)高便携性 d)低成本高质量 现在,激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域,它标志着新技术革命的发展。诚然,如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比,你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段,更令人激动的美好前景将要来到。 2激光与激光器

2.1激光 2.1.1激光(LASER) 激光的英文名——LASER,是英语词组Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(受激辐射的光放大)的缩写[1]。2.1.2产生激光的条件 产生激光有三个必要的条件[2]: 1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质,其激活粒子(原子、分子或离子)有适合于产生受激辐射的能级结构; 2)有外界激励源,将下能级的粒子抽运到上能级,使激光上下能级之间产生粒子数反转; 3)有光学谐振腔,增长激活介质的工作长度,控制光束的传播方向,选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。 3固体激光器 3.1工作原理和基本结构 在固体激光器中,由泵浦系统辐射的光能,经过聚焦腔,使在固体工作物质中的激活粒子能够有效的吸收光能,让工作物质中形成粒子数反转,通过谐振腔,从而输出激光。 如图1所示,固体激光器的基本结构(有部分结构没有画出)。固体激光器主要由工作物质、泵浦系统、聚光系统、光学谐振腔及冷却与滤光系统等五个部分组成[4]。

半导体激光器的发展与应用

题目:半导体激光器的发展与应用学院:理 专业:光 姓名:刘

半导体激光器的发展与应用 摘要:激光技术自1960年面世以来便得到了飞速发展,作为激光技术中最关键的器件激光器的种类层出不穷,这其中发展最为迅速,应用作为广泛的便是半导体激光器。半导体激光器的独特性能及优点,使其获得了广泛应用。本文就简要回顾半导体激光器的发展历程,着重介绍半导体激光器在日常生活与军用等各个领域中的应用。 关键词:激光技术、半导体激光器、军事应用、医学应用

引言 激光技术最早于1960年面世,是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光被广泛应用是因为它具有单色性好、方向性强、亮度高等特性。激光技术的原理是:当光或电流的能量撞击某些晶体或原子等易受激发的物质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态,当这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会射出光子,以放出多余的能量;而接着,这些被放出的光子又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一连串的“连锁反应”,并且都朝同一个方前进,形成强烈而且集中朝向某个方向的光。这种光就叫做激光。激光几乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的方向内集中高能量,因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。激光因为拥有这种特性,所以拥有广泛的应用。 激光技术的核心是激光器,世界上第一台激光器是1960年由T.H.梅曼等人制成的第红宝石激光器,激光器的种类很多,可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。但各种激光器的基本工作原理均相同,产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗,所以装置中必不可少的组成部分有激励(或抽运)源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。 半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明,使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器。在1962年7月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,通用电气研究实验室工程师哈尔(Hall)与其他研究人员一道研制出世界上第一台半导体激光器。 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器,由于物质结构上的差异,产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓(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。自1962年世界上第一只半导体激光器是问世以来,经过几十年来的研究,半导体激光器得到了惊人的发展,它的波长从红外、红光到蓝绿光,被盖范围逐渐扩大,各项性能参数也有了很大的提高!半导体激光器具有体积小、效率高等优点,因此可广泛应用于激光通信、印刷制版、光信息处理等方面。

双向反馈布里渊_喇曼光纤激光器输出特性_马万卓

第44卷第3期 2015年3月 光 子 学 报ACTA PHOTONICA SINICAVo l.44No.3March  2015 基金项目: 国家自然科学基金(Nos.60907020,61007046,61275080)资助第一作者:马万卓(1989-),男,硕士研究生,主要研究方向为光纤激光器技术.Email:wanzhuoma@126.com导 师:王天枢(1975-),男,教授,博士,主要研究方向为光纤激光器及空间激光通信技术.Email:wang ts@cust.edu.cn收稿日期:2014-09-05;录用日期:2014-11- 10http:∥www.p hoton.ac.cndoi:10.3788/g zxb20154403.0306005双向反馈布里渊-喇曼光纤激光器输出特性 马万卓1, 2,王天枢1,3,张鹏1,赵春英1,3,张靓1,3,刘鑫3,孔梅3,姜会林1,2 (1长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程研究中心,长春130022 )(2长春理工大学光电工程学院, 长春130022)(3长春理工大学理学院,长春130022 )摘 要:设计了一种双向反馈布里渊-喇曼光纤激光器,研究了布里渊泵浦对输出特性的影响.布里渊-喇曼光纤激光器由一段7km色散补偿光纤、1 455nm喇曼泵浦、可调谐激光器及双反馈环组成.喇曼泵浦功率固定在250mW,布里渊泵浦工作波段在喇曼峰值增益处附近,可得到较多波长数输出.随着布里渊泵浦功率增加,相邻的布里渊斯托克斯光和经背向瑞利散射的斯托克斯光之间功率差减小,同时各阶斯托克斯光平均强度增加并达到饱和.受色散补偿光纤中喇曼交叉增益影响,布里渊泵浦功率由1.8dBm增加到6.9dBm,输出多波长数先增后减.当布里渊泵浦功率为4.4dBm时, 对应输出波长数最多,为37个,波长间隔0.078nm.关键词:受激布里渊散射;受激喇曼散射;瑞利散射;色散补偿光纤;反馈环中图分类号:TN 248 文献标识码:A 文章编号:1004-421(2015)03-0306005- 5Outp ut Characteristics of Bidirectional Feedback Brillouin-Raman Fiber LaserMA Wan-zhuo1,2,WANG Tian-shu1,3,ZHANG Peng1,ZHAO Chun-ying1,3,ZHANG Jing1,3 , LIU Xin3,KONG Mei 3, JIANG Hui-lin1,2(1 National and Local Joint Engineering Research Center of Space Optoelectronics Technology,Changchun University  ofScience and Technology,Chang chun130022,China)(2 College of Opto-Electronic Engineering,Changchun University  of Science and Technology,Changchun130022,China)(3 College of Science,Changchun University  of Science and Technology,Changchun130022,China)Abstract:The output characteristic of a new-desig ned bidirectional feedback Brillouin-Raman fiber withBrillouin pump  variation was studied.The Brillouin-Raman fiber laser consists of a segment of 7km longdispersion compensating  fiber,1455nm Raman pump,tunable laser and double feedback loops.The BPwavelength must be closer to Raman peak gain to obtain more Stokes lines when RP is fixed at 250mW.The power difference between the neighbouring  Brillouin components and Rayleigh components wasreduced by enhancing the BP power,the average intensity  of Stokes lines was improved to the saturationvalue,simultaneously.Affected by the cross-gain in DCF,firstly the number of output lasing lines increaseand then decrease when the BP power was adjusted from 1.8dBm to 6.9dBm.Maximum 37outputchannels was obtained when BP power fixed at 4.4dBm,the channel spacing  is 0.078nm.Key  words:Stimulated Brillouin scattering;Stimulated Raman scattering;Rayleigh scattering;Dispersioncompensation fiber;Feedback loop OCIS  Codes:060.3510;140.3460;060.3510;140.35501 -5006030

半导体激光器的发展及其应用

浅谈半导体激光器及其应用 摘要:近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。由于半导体激光器的一些特点,使得它目前在各个领域中应用非常广泛,受到世界各国的高度重视。本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。 关键词:半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。 自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。 一、半导体激光器 半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。它们所发出的波长在0.3~34μm之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750~890nm。 半导体激光器制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE), 气相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金属有机化合物汽相淀积),化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,光束的发散角较大(一般在几度到20度之间),所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。但随着科学技术的迅速发展, 半导体激光器的研究正向纵深方向推进,半导体激光器的性能在不断地提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21 世纪的信息社会中将取得更大的进展, 发挥更大的作用。 二、半导体激光器的工作原理 半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件: 1、增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现, 将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。 2、要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜。对F—p 腔(法布里—珀罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与p-n结平面相垂直的自然解理面构成F-p腔。 3、为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔

基于布里渊散射的多波长光纤激光器及分布式光纤传感研究

基于布里渊散射的多波长光纤激光器及分布式光纤传感研究随着信息容量需求的日益增长,高速大容量长距离将成为下一代全光通信网络的发展趋势。为了有效的利用光纤中有限的频率资源,频率间隔20GHz,甚至10GHz将是未来密集波分复用技术发展方向之一。 多波长的布里渊掺铒光纤激光器(MBEFL)具有窄线宽、宽调谐性、低阈值、低强度噪声、低成本,频率间隔固定,在室温下稳定的单纵模运转等特点,将可能成为未来最佳的通信光源之一。另外,布里渊光纤激光器(BFL)在光纤传感网络、频谱分析、RF等领域存在潜在的应用价值。 分布式布里渊光纤温度与应变传感器具有分布式光纤传感器优点的同时,还具有其它光纤传感无法媲美的显著特点,能同时测量温度与应变,可以应用于电力,石油化工、核电站、公路、桥梁、隧道、大坝、铁路、航天航空等各行业,受到国外内广泛关注。然而分布式布里渊光纤传感存在系统复杂,技术不成熟,成本高,测试时间长等问题而难以广泛应用。 本论文在佛山市禅城区工业公关计划,国家自然科学基金和国家863计划支持下,围绕多波长布里渊光纤激光器(MBFL)和分布式布里渊光纤传感两个方向进行初步的理论和实验研究,概括全文的研究成果和贡献,有如下几个方面:(1)根据布里渊耦合强度方程,推导出求解布里渊强度耦合方程一种快速有效近似解析方法,并数值解进行比较。分析了在四种情况下,光纤中的受激布里渊散射(SBS)阈值大小,用实验验证了光纤中的布里渊阈值与理论的一致性。 研究了脉冲形式的布里渊泵浦光在光纤中的Stokes与泵浦光强演变,对光纤中的温度或应变引起的频率失谐对泵浦光与探测光光强的影响进行仿真研究,检测出失谐处的位置与失谐量。(2)基于135m的高非线性光纤(HNLF),利用光纤

光纤激光器的详细介绍

光纤激光器的详细介绍 光纤激光器应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等等。 工作原理 光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维,其导光原理是利用光的全反射原理,即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时,将发生全反射,入射光全部反射到折射率大的光密介质,折射率小的光疏介质内将没有光透过。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的芯径较小,只能传播一种模式的光,其模间色散较小。多模光纤的芯径较粗,可传播多种模式的光,但其模间色散较大。按折射菲菲内部可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。 以稀土掺杂光纤激光器为例,掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质,掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔,泵浦光从M1入射到光纤中,从M2输出激光。当泵浦光通过光纤时,光纤中的稀土离子吸收泵浦光,其电子呗激励到较高的激发能级上,实现了离子数反转。反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态,输出激光。 类型 按照光纤材料的种类,光纤激光器可分为: 1、晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤,主要有红宝石单晶光纤激光器和nd3+:YAG 单晶光纤激光器等。 2、非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。 3、稀土类掺杂光纤激光器。光纤的基质材料是玻璃,向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活,而制成光纤激光器。 4、塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 按增益介质分类为: a)晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤,主要有红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:Y AG 单晶光纤激光器等。 b)非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。 c)稀土类掺杂光纤激光器。向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活,(Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等,基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶)而制成光纤激光器。 d)塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 (2)按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。 (3)按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。 (4)按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器,其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调Q光纤激光器(脉冲宽度为ns量级)和锁模光纤激光器(脉冲宽度为ps或fs量级)。 (5)根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。

激光的原理及激光器分类

激光器的原理及分类 一、基础原理 量子理论认为,所有物质都是由各种微观”粒子”组成,如分子,原子,质子,中子,电子等。在微观世界里,各种粒子都有其固有的能级结构。当一个粒子从高能级掉到低能级时,根据能量守恒定律,它要把两个能级相差部分的能量释放出来,通常这个能量以光和热两种形式释放出来。 二、自发辐射、受激辐射 1、自发辐射 普通常见光源的发光(如电灯、火焰、太阳等地发光)是由于物质在受到外来能量(如光能、电能、热能等)作用时,原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级,即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收”过程。但是处在高能级(E2)的电子寿命很短(一般为10-8~10-9秒),在没有外界作用下会自发地向低能级(E1)跃迁,跃迁时将产生光(电磁波)辐射。辐射光子能量=E2-E1。过程各自独立、互补关联,所有辐射的光在发射方向上是无规律的射向四面八方,并且频率不同、偏振状态和相位不同。 2、受激辐射 在原子中也存在这样一些特定高能级,一旦电子被激发到这个高能级之上,却由于不满足跃迁的条件,发生跃迁的几率很低,电子能够在高能级上的时间很

长,就所谓的亚稳定状态。但在能在外界光场的照射下发生往下跃迁,并且向下跃迁时释放出一个与射入光场相同的光子,在同一个方向、有同一个波长。这就是受激辐射,激光正是利用这一原理激发出来。 二、粒子数反转 通过受激辐射出来的光子,不仅可以引起其他粒子受激辐射,也可以引起受激吸收。只有在处于高能级的原子数量大于处于低能级原子数时,所产生的受激辐射才能大于受激吸收。但是在自然条件下,原子都是都处于稳定的基态,只能通过技术手段将大量的原子都调整到高能级的状态,才能有多余的辐射向外产生。这个技术叫粒子数反转。 三、光放大过程 通过粒子数反转后,其中一个粒子首先在外界光场的照射刺激下,对外发出了一个光子,这个光子又刺激其他粒子再次对外发射光子,并且方向相同,波长

CO2激光器原理及应用

目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Keywords (1) 1引言 (2) 2激光 (2) 2.1激光产生的三个条件 (3) 2.2激光的特点 (3) 2.3激光器 (3) 3 CO2激光器的原理 (5) 3.1 CO2激光器的基本结构 (5) 3.2 CO2激光器基本工作原理 (7) 3.3 CO2激光器的优缺点 (8) 4 CO2激光器的应用 (9) 4.1军事上的应用 (9) 4.2医疗上的应用 (10) 4.3工业上的应用 (12) 5 CO2激光器的研究现状与发展前景 (14) 5.1 CO2激光器的研究现状 (14) 5.2 CO2激光器的发展前景 (15) 6 结束语 (17) 参考文献 (19) 致谢 (20)

摘要:本文从引言出发介绍了CO2激光技术的基本情况,简单介绍了激光和激光器的一些特点,重点介绍了气体激光器中的CO2激光器的相关应用,目前CO2激光器是用最广泛的激光器之一,它有着一些非常突出的高功率、高质量等优点。论文首先介绍了应用型CO2激光器的基本结构和工作原理,着重介绍了应用型CO2激光器在军事、医疗和工业三个主要领域的应用,最后介绍应用型CO2激光器的研究前景和现状。通过这些介绍使得人们能够加深对CO2激光器的了解和认识。 关键词: CO2激光器;基本原理;基本结构;应用; Abstract: This departure from the introduction of CO2 laser technology, introduced the basic situation, briefly introduced some of the characteristics of laser and laser to highlight the CO 2gas laser in laser-related applications, the current CO 2 laser was one of the most extensive laser, it had some very prominent high-power, high quality and so on. Paper introduced the application of CO 2 laser-type basic structure and working principle, focusing on the application type CO 2 laser in the military, medical and industrial application of the three main areas, Finally, applied research prospects for CO 2 laser and status. Through these presentations allowed people to deepen their knowledge and understanding of CO s lasers. Keywords:CO2Laser Basic Principle Basic Structure Application

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