光電子技術的資料

光電子技術世界上第一臺激光器，由修斯研究室的梅曼研制，并最終在1960年成功運轉。（紅寶石激光器）黑體：能夠完全吸收任何波長的電磁輻射。躍遷：原子中的電子在特定的軌道上運動，并具有能量，各能量級能量不連續(xù)，當原子從某一能級吸收或釋放了能量，轉移到另一能級時，就稱為躍遷。自發(fā)輻射：處于高能級E2上的原子自發(fā)的向低能級E1躍遷，并發(fā)射一個頻率v=（E2-E1）/h的光子的過程稱為自發(fā)輻射躍遷。受激輻射：處于高能級E2上的原子在頻率為v=（E2-E1）/h的輻射場激勵作用下或在頻率為v=（E2-E1）/h的光子誘發(fā)下，向低能級E1躍遷并輻射出一個與激勵輻射場光子或誘發(fā)光子的狀態(tài)(包括頻率、運動方向、相位等)完全相同的光子的過程稱為受激輻射躍遷。受激吸收：受激輻射的反過程為受激吸收過程，一般也稱作吸收。激光產(chǎn)生的基本原理：在受激輻射躍遷的過程中，一個誘發(fā)光子可以使處在上能級上的發(fā)光粒子產(chǎn)生一個與該光子狀態(tài)完全相同的光子，這兩個光子又可以去誘發(fā)其他發(fā)光粒子，從而產(chǎn)生更多狀態(tài)相同的光子。必要條件：使激光工作物質(zhì)處于粒子束反轉狀態(tài)。粒子束反轉：采用諸如光照、放電等方法從外界不斷地向發(fā)光物質(zhì)輸入能量，把處于下能級的發(fā)光粒子激發(fā)到上能級去，便可使上能級E2的粒子數(shù)密度超過下能級E1的粒子數(shù)密度的狀態(tài)。此時，受激輻射大于受激吸收。激光器構造：由三部分構成，包括激光工作物質(zhì)(基質(zhì)與激活粒子)、泵浦源（對激光工作物質(zhì)進行激勵）和光學諧振腔（得到穩(wěn)定、持續(xù)、有一定功率的高質(zhì)量激光輸出）。激光粒子的能級系統(tǒng)：1三能級系統(tǒng)2四能級系統(tǒng)（P9頁）光學諧振腔：是常用激光器的三個主要組成部分之一。它是在激活物質(zhì)兩端適當位置放置兩個反射鏡組成。主要作用：1.提供光學正反饋作用。2.產(chǎn)生對振蕩光束的控制作用。諧振腔的Q值：品質(zhì)因數(shù)Q=ωW/ρ,式中ω為角頻率，W為存儲在諧振腔內(nèi)的能量，ρ為每秒損失的能量。（P21頁）橫模：激光光束橫截面上穩(wěn)定的光場分布稱之為橫模。激光縱模：激光器諧振腔內(nèi)獲得振蕩的幾種波形（波長稍微不同）沿光軸方向的分布?？v模的選擇:1短腔法：兩個相鄰縱模間的頻率差Δνq=νq-νq-1=c/2L’(L’=(L-l)+nL表示諧振腔的光學長度；n晶體折射率，L物理長度，l晶體長度，c表示真空中的光速）例：在氦氖激光器中，其熒光譜線ΔνF約為1500MHZ。若激光器腔長為10cm，則縱模間隔Δνq為Δνq=c/2L’=3*108m/s/2*1*10*10-2m=1500MHZ穩(wěn)頻技術:通常講的頻率的穩(wěn)定性包括兩方面：一是“穩(wěn)定度”，指的是激光器在連續(xù)工作期間內(nèi)它的頻率該變量Δν’在振蕩頻率ν中所占的比例，即Δν’/ν。二是“復現(xiàn)度”，指的是同樣設計、同樣方法制成的激光器在同樣條件下使用時相互之間的頻率偏差，或是在完全不同設計、和不同條件下，用相同的能級躍遷所制成的激光器，其振蕩頻率與與原子躍遷中心頻率的偏差，如果這方面的偏差用Δν’’表示，則其在ν中所占比例Δν’’/ν稱為復現(xiàn)度。固體激光器：一般采用光激勵（泵浦燈），其能量轉換環(huán)節(jié)多，所以效率低。（光的激勵能量大部分轉換為熱能）。氣體激光器：一般采用電激勵，其效率高、壽命長，長采用連續(xù)方式。摻釹釔鋁石榴激光器（YAG）：典型的四能級系統(tǒng)，激光波長為1.0641μm，優(yōu)點是閾值功率低，可以做成連續(xù)激光器，輸出功率已達千瓦量級。激光輸出為多縱模。每次脈沖熱釋電效應：當強度變化的光打到晶體上，引起材料溫度變化——電極化強度發(fā)生變化——面電荷發(fā)生變化——產(chǎn)生熱釋電電流。壓電晶體：發(fā)生壓電效應的晶體。壓電效應：某些晶體在特定的方向上施加外力，那么就會在某兩個表面產(chǎn)生面電荷，當外力消失，晶體回到不帶電。量子效率η：靈敏度R從宏觀描述了光電探測器的光電、光譜以及頻率特性，量子效率則是對同一問題的微觀-宏觀描述。η=hυRi/e（Ri電流的靈敏度），光譜量子效率：ηλ=hcRiλ/eλ(c是材料的光速)歸一化探測度D*：D*大的探測器其探測能力一定好。光電導探測器——光敏電阻：利用光電導效應而工作的探測器。光電導效應是半導體材料的一種體效應，無需形成PN結，故又常稱為無結光電探測器。這種元件在光照下會改變自身的電阻率，光照愈強，元件自身的電阻率愈小，因此常常又稱光敏電阻或光導管。本征型光敏電阻一般在室溫下工作，適用于可見光和近紅外輻射探測；非本征型光敏電阻通常必須在低溫條件下工作，常用于中、遠外輻射探測。由于光敏電阻沒有極性，只要把它當做電阻值隨光照強度而變化的可變電阻器對待即可，因此在電子電路、儀器儀表、光電控制、計量分析、光電制導、激光外差探測等領域獲得了十分廣泛的應用。常見的光敏電阻有CdS、CdSe、PbS以及TeCdHg等。其中CdS是工業(yè)上應用最多的，而PbS主要用于軍事裝備。光頻外差探測技術：原理：基于兩束相干光在探測器光敏面上的相干效應。故也常稱為光波的相干探測。相干光：振動方向相同，振動頻率相同，相位相同或相位差保持恒定。曼萊-羅威關系：公式（P307頁）相互作用中三個光電場光子數(shù)的變化關系：ω1和ω3的光子數(shù)之和及ω2和ω3的光子數(shù)之和在非線性過程中始終保持不變。ω1與ω2光子數(shù)之差保持不變。如果頻率為ω1與ω2的兩個光子同時湮滅，可以產(chǎn)生頻率為ω3的一個光子，這就是和頻與倍頻的情況。反過來ω3光子湮滅，同時產(chǎn)生兩個頻率為ω1與ω2的光子，這就是參量產(chǎn)生的過程。相位匹配技術：為有效的進行非線性光學頻率變換，必須使參與互作用的光波在介質(zhì)中傳播時具有相同的相速度。實現(xiàn)有效頻率變換的方法之一是相位匹配技術，利用非線性晶體的雙折射與色散特性達到相位匹配。單軸晶體的相位匹配條件及匹配角：(折射率)負單軸晶體——n0>ne。正單軸晶體——ne>n0.二次諧波的產(chǎn)生：能量守恒和動量守恒（P314頁）41.參量振蕩器：光學參量振蕩器（OPO）是利用非線性晶體的混頻特性來實現(xiàn)頻率變換的器件，其中有一個或兩個光波具有振蕩特性，具有諧振腔。具有調(diào)諧范圍寬、結構簡單及工作可靠等特性。光學參量放大的原理：實質(zhì)上是一個差頻產(chǎn)生的三波混頻過程。由曼萊-羅威關系可知，在差頻過程中，每湮滅一個最高頻率的光子，同時要產(chǎn)生兩個低頻光子，在此過程中這兩個低頻獲得增益，因此光學參量放大器可作為他們的放大器。如果將非線性晶體置于諧振腔中，并用強的泵浦光照射，當增益超過損耗時，在腔內(nèi)可以從噪聲中建立起相當強的信號光及空閑光。在光學參量振蕩器中建立起來的兩種頻率的光波，任何一個光波都可以稱為信號光或者空閑光。42.參量振蕩器的閾值：判斷閾值與什么參量有關系？（P331頁公式）式中，k=；gs為模耦合系數(shù)；l為有效參量增益長度；τ為1/e2處脈沖半寬度；L=L’+(n-1)l;L’為OPO腔長；l為非線性晶體