第6光源和光放大器3

1、激光器原理l 激光器是光通信系統(tǒng)中最常用的光源。l 半導(dǎo)體激光器是光纖通信系統(tǒng)中最常用的激光器l 工作在可見(jiàn)光區(qū)域的氣體激光器。 氦氖激光器： 發(fā)射紅光l 工作在紅外區(qū)域的固態(tài)Nd:YAG激光器l 光纖激光器12半導(dǎo)體激器半導(dǎo)體激器氣體激光器固體激光器二氧化碳激光器l激光，英文的縮寫(xiě)是Laser, 即Light Amplification by Emission of Radiation,其意思是通過(guò)輻射的受激發(fā)射實(shí)現(xiàn)光波放大。3l 激光器是1960年由美國(guó)人梅曼發(fā)明的新型光源。它是利用受激輻射原理，并采取一定措施在某個(gè)方向上獲得很強(qiáng)的指向性、極高的光強(qiáng)、極好的相干性的一種光源。它的實(shí)現(xiàn)要求：

2、 要有一個(gè)合適的激光工作物質(zhì)（發(fā)光介質(zhì)）。 需要一個(gè)能保證粒子反轉(zhuǎn)分布的激勵(lì)能源泵浦源。 加一個(gè)光學(xué)諧振腔。4 5 圖6.15 Nd:YAG 激光器 發(fā)光二極管半透鏡 激光輸出鏡面釔鋁石榴石棒l要產(chǎn)生激光還應(yīng)滿足如下兩個(gè)方面的條件: 光的增益和損耗間應(yīng)滿足平衡的條件閾值條件; 在諧振腔中,光波往復(fù)反射能得到加強(qiáng),從而能夠存在,應(yīng)滿足的條件相位平衡條件.6l激光器的閾值條件和相位平衡條件激光器的閾值條件和相位平衡條件 在激光器的工作過(guò)程中,除了具有上面所說(shuō)的放大作用,光波還會(huì)受到其他損耗.將增益和損耗結(jié)合起來(lái)考慮,顯然,只有當(dāng)光波在諧振腔內(nèi)往返一次放大得到的光能密度大于或等于損失的光能密度,激光

3、器才能建立起穩(wěn)定的激光輸出.將上述兩者相等的這種關(guān)系稱為閾值條件7l按照物理學(xué)中諧振的理論,只有那些經(jīng)過(guò)往返一周回到原來(lái)位置時(shí),光波的相位與初始發(fā)生的波的相位同相的光波才能因彼此加強(qiáng)(即諧振)而在諧振腔中 存在,不滿足這種諧振關(guān)系的光波則因得不到彼此加強(qiáng),最后因腔內(nèi)的損耗而消失。l 這就是滿足相位平衡條件時(shí),激光器中存在光波的頻率.8l泵浦閾值泵浦閾值 在器件產(chǎn)生受激發(fā)射之前，輸入的激光器的功率必須超過(guò)一定的閾值。l輸出光譜輸出光譜 激光器的輸出光不是單頻的，而是要覆蓋 一定的頻譜范圍。l輻射方向圖輻射方向圖 激光器的輸出光束的角度范圍取決于發(fā)光面積的大小和激光器的震蕩模式。9l發(fā)射紅光的氦氖激光器發(fā)射紅光的氦氖激光器可以用來(lái)測(cè)試光纖和光學(xué)器件測(cè)試光纖的數(shù)值孔徑1011氦氖激光器鏡面鏡面輸出 電源 圖 6.16 氦氖激光器 12 圖 6.17 氦氖激光器的能級(jí)圖 氦 氖 波數(shù)l光子和高低激發(fā)態(tài)之間的相互作用的各種光子和高低激發(fā)態(tài)之間的相互作用的各種可能性可能性 輸入光子,光子能量 被處于較低激發(fā)態(tài)的氖原子吸收.光子湮滅,氖原子被提升到較高能態(tài) 高能級(jí)的原子可以向下躍遷到低能級(jí)狀態(tài)-自發(fā)輻射 在輸入光子的誘導(dǎo)下,