第六章 發(fā)光與耦合器件

1、光源、光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制器、傳輸介質(zhì)、光電探光源、光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制器、傳輸介質(zhì)、光電探測(cè)器和電子系統(tǒng)等基本環(huán)節(jié)。測(cè)器和電子系統(tǒng)等基本環(huán)節(jié)。光電探測(cè)系統(tǒng)的基本組成：光電探測(cè)系統(tǒng)的基本組成：討論：研究光輻射源的意義討論：研究光輻射源的意義 討論：研究光輻射源的意義討論：研究光輻射源的意義 光輻射源光輻射源光電探測(cè)器光電探測(cè)器輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度輻射光譜輻射光譜 靈靈 敏敏 度度響應(yīng)光譜響應(yīng)光譜 光輻射源分類光輻射源分類: : 自然光源自然光源人工光源人工光源-被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)-主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)-其信息源直接來自目標(biāo)本身的輻射或反其信息源直接來自目標(biāo)本身的輻射或反射外來光輻射，本身沒有光電發(fā)射

2、系統(tǒng)射外來光輻射，本身沒有光電發(fā)射系統(tǒng)-其信息源來自經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的自身光發(fā)射其信息源來自經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的自身光發(fā)射系統(tǒng)的光源對(duì)目標(biāo)的反射、透射和散射等。系統(tǒng)的光源對(duì)目標(biāo)的反射、透射和散射等。 漆黑環(huán)境中的人和鐵絲網(wǎng)的溫差漆黑環(huán)境中的人和鐵絲網(wǎng)的溫差溫度低溫度高自然光源自然光源，如太陽、導(dǎo)彈尾焰、人體等，可組成，如太陽、導(dǎo)彈尾焰、人體等，可組成被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)，其信息源直接來自目標(biāo)自身的輻射或外被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)，其信息源直接來自目標(biāo)自身的輻射或外來光輻射，它沒有人為的光發(fā)射系統(tǒng)，如天文光電探測(cè)、來光輻射，它沒有人為的光發(fā)射系統(tǒng)，如天文光電探測(cè)、紅外跟蹤制導(dǎo)、微光夜視儀紅外跟蹤制導(dǎo)、微光夜視儀人工光源人工光

3、源，如黑體輻射器、白熾燈、激光器等，如黑體輻射器、白熾燈、激光器等，可組成主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)，其信息源來自人造光源對(duì)目標(biāo)的可組成主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)，其信息源來自人造光源對(duì)目標(biāo)的反射、透射和散射等光輻射，它一般需要人為精心設(shè)計(jì)反射、透射和散射等光輻射，它一般需要人為精心設(shè)計(jì)光發(fā)射系統(tǒng)，如激光制導(dǎo)、光電精密微小尺寸測(cè)量、光光發(fā)射系統(tǒng)，如激光制導(dǎo)、光電精密微小尺寸測(cè)量、光電磁場(chǎng)測(cè)量電磁場(chǎng)測(cè)量半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器光源熱輻射光源太陽白熾燈、鹵鎢燈黑體輻射器氣體放電光源汞燈熒光燈鈉燈氙燈金屬鹵化物燈氘燈空心陰極燈固體發(fā)光光源場(chǎng)致發(fā)光燈發(fā)光二極管激光器氣體激光器固體激光器燃料激光器半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光

4、器1. 1. 輻射效率和發(fā)光效率輻射效率和發(fā)光效率2. 2. 光譜功率分布光譜功率分布3. 3. 光強(qiáng)的空間分布光強(qiáng)的空間分布4. 4. 光源的色溫光源的色溫輻射效率輻射效率在給定波長范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻射通在給定波長范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功率之比量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功率之比21( )edeePP發(fā)光效率發(fā)光效率某一光源所發(fā)射的光通量與產(chǎn)生這些光通某一光源所發(fā)射的光通量與產(chǎn)生這些光通量所需的電功率之比量所需的電功率之比760380( ) ( )mKeVdPP單位為單位為lm/W（流明每瓦）（流明每瓦）LED 100在選擇光源的時(shí)候，應(yīng)選擇光譜功率分

5、布的在選擇光源的時(shí)候，應(yīng)選擇光譜功率分布的峰值波長與光電器件的靈敏波長相一致峰值波長與光電器件的靈敏波長相一致 線狀光譜線狀光譜 帶狀光譜帶狀光譜 連續(xù)光譜連續(xù)光譜 混合光譜混合光譜 實(shí)驗(yàn)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)測(cè)得的He-Ne 激光譜線激光譜線帶狀光譜帶狀光譜實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的溴鎢燈譜線實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的溴鎢燈譜線連續(xù)光譜連續(xù)光譜實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的熒光燈譜線實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的熒光燈譜線混合光譜混合光譜如果熱輻射光源發(fā)光的顏色與黑體在某一溫度下輻如果熱輻射光源發(fā)光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。的色溫。 在一定溫度下，黑體在一定溫度下，黑體的

6、光譜輻射分布曲線的光譜輻射分布曲線是唯一的。是唯一的。色溫的意義色溫的意義比較基準(zhǔn)比較基準(zhǔn)如果熱輻射光源發(fā)光的顏色與黑體在某一溫度下輻如果熱輻射光源發(fā)光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。的色溫。 色溫的實(shí)例色溫的實(shí)例白熾燈：白熾燈：連續(xù)光譜：連續(xù)光譜：-可見光譜段中部和黑可見光譜段中部和黑體輻射曲線相差約體輻射曲線相差約0.50.5-整個(gè)光譜段內(nèi)和黑體整個(gè)光譜段內(nèi)和黑體輻射曲線平均相差輻射曲線平均相差2 2-色溫為色溫為2856K2856K的白熾的白熾燈代表什么意義？燈代表什么意義？ 如果熱輻射光源發(fā)光的顏

7、色與黑體在某一溫度下輻如果熱輻射光源發(fā)光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。的色溫。 色溫的實(shí)例色溫的實(shí)例太陽：太陽：太陽的色溫太陽的色溫- 5900K- 5900K色溫圖色溫圖色色溫溫升升高高如果熱輻射光源發(fā)光的顏色與黑體在某一溫度下輻如果熱輻射光源發(fā)光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。的色溫。 色溫與生活色溫與生活沉穩(wěn)、恬靜的人適合沉穩(wěn)、恬靜的人適合選擇選擇650065009000K9000K的的色溫色溫?zé)崆楸挤诺娜诉m

8、于選熱情奔放的人適于選用用400040005600K5600K的色溫的色溫色溫高色溫高色溫低色溫低6.1 6.1 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)6.2 6.2 熱輻射光源熱輻射光源6.3 6.3 氣體放電光源氣體放電光源6.4 6.4 激光器激光器6.5 6.5 發(fā)光二極管發(fā)光二極管物體因溫度而輻射能量的現(xiàn)象叫熱輻射。物體因溫度而輻射能量的現(xiàn)象叫熱輻射。 熱輻射又名熱輻射又名 “ “紅外輻射紅外輻射”， 是一種肉眼不可見光。是一種肉眼不可見光?？梢姽獠ǘ慰梢姽獠ǘ螣彷椛洳ǘ螣彷椛洳ǘ喂艿拦艿篮硲?zhàn)爭(zhēng)中，此原理用于探測(cè)沙堆下的坦克。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，此原理用于探測(cè)沙堆下的坦克。物體因溫度而輻射能

9、量的現(xiàn)象叫熱輻射。物體因溫度而輻射能量的現(xiàn)象叫熱輻射。 2. 2. 氣體放電光源氣體放電光源1. 1. 熱輻射光源熱輻射光源 1. 1. 自然輻射源自然輻射源太陽：太陽：黑體黑體 色溫色溫 5900K 峰值波長峰值波長 ？1. 1. 自然輻射源自然輻射源人體：人體： 近似灰體近似灰體 能量分布能量分布812m 紅外被動(dòng)成像紅外被動(dòng)成像 1. 1. 自然輻射源自然輻射源 波長波長(微米微米)2.74.2尾焰的光譜特征 4.4紅紅峰峰藍(lán)藍(lán)峰峰飛行器：飛行器： 近似灰體近似灰體 選擇性發(fā)射選擇性發(fā)射紅外告警紅外告警人工模擬絕對(duì)黑體人工模擬絕對(duì)黑體 黑體模擬器黑體模擬器 能夠在任何溫度下全部吸收所有波

10、長輻射的物能夠在任何溫度下全部吸收所有波長輻射的物體叫絕對(duì)黑體體叫絕對(duì)黑體 恒溫恒溫 空腔黑體輻射空腔黑體輻射 所有波長入射所有波長入射 多次漫射及吸收多次漫射及吸收 標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)光源 - 紅外光譜區(qū)紅外光譜區(qū) 0.75m2.5m 0.75m6m應(yīng)用：應(yīng)用：最高工作溫度：最高工作溫度：3000 K，實(shí)際，實(shí)際N1這種狀態(tài)稱為這種狀態(tài)稱為 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)或者或者集居數(shù)反轉(zhuǎn)集居數(shù)反轉(zhuǎn)。產(chǎn)生激光必須產(chǎn)生激光必須 吸收吸收受激受激 dtdNdtdN122112NNN其中其中稱為稱為反轉(zhuǎn)粒子數(shù)。反轉(zhuǎn)粒子數(shù)。為得到光放大為得到光放大,必須使必須使2N1N實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)對(duì)光具有增益作用實(shí)現(xiàn)了粒

11、子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)對(duì)光具有增益作用粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)E1E2怎樣才能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)呢？怎樣才能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)呢？1）提供足夠的外界激勵(lì)能量；）提供足夠的外界激勵(lì)能量；2）原子在激發(fā)態(tài)多）原子在激發(fā)態(tài)多“呆呆”一會(huì)；一會(huì)； 諧振腔的作用：諧振腔的作用：（2）使激光產(chǎn)生極好的方向性。（空間）使激光產(chǎn)生極好的方向性。（空間）（3）使激光的單色性好。（頻率）使激光的單色性好。（頻率）（1）維持光振蕩，起到光放大作用。正反饋）維持光振蕩，起到光放大作用。正反饋諧振腔諧振腔光學(xué)諧振腔的作用光學(xué)諧振腔的作用小結(jié)：產(chǎn)生激光的必要條件小結(jié)：產(chǎn)生激光的必要條件 . 激勵(lì)能源（使原子激發(fā)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）激勵(lì)

12、能源（使原子激發(fā)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)） . 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)使受激輻射足以克服損耗使受激輻射足以克服損耗 .光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔提供正反饋及增益提供正反饋及增益使入射光得到使入射光得到放大，是核心放大，是核心供給工作物質(zhì)供給工作物質(zhì)能量能量工作物質(zhì)工作物質(zhì)泵浦源泵浦源只讓與反射鏡軸向平只讓與反射鏡軸向平行的光束能在激活介行的光束能在激活介質(zhì)中來回地反射，連質(zhì)中來回地反射，連鎖式地放大。最后形鎖式地放大。最后形成穩(wěn)定的激光輸出。成穩(wěn)定的激光輸出。1原子在一個(gè)兩端原子在一個(gè)兩端有鏡面的腔體中。有鏡面的腔體中。原子被注入的能量原子被注入的能量充能。充能。鏡面鏡面100鏡面鏡面90原子原子注入的能量注

13、入的能量1原子在一個(gè)兩端原子在一個(gè)兩端有鏡面的腔體中。有鏡面的腔體中。原子被注入的能量原子被注入的能量充能。充能。鏡面鏡面100鏡面鏡面90原子原子注入的能量注入的能量鏡面鏡面100鏡面鏡面901充能后處于激發(fā)充能后處于激發(fā)態(tài)的原子。態(tài)的原子。鏡面鏡面100鏡面鏡面90受激受激原子原子自發(fā)自發(fā)輻射輻射光子光子受激受激原子原子受激受激原子原子受激受激輻射輻射受激受激原子原子 激光激光氦氖激光器工作物質(zhì)由氦氣和氦氖激光器工作物質(zhì)由氦氣和氖氣組成，是一種原子氣體激氖氣組成，是一種原子氣體激光器。在激光器電極上施加幾光器。在激光器電極上施加幾千伏電壓使氣體放電，在適當(dāng)千伏電壓使氣體放電，在適當(dāng)?shù)臈l件下

14、氦氖氣體成為激活的的條件下氦氖氣體成為激活的介質(zhì)。介質(zhì)。氦氖激光器工作物質(zhì)由氦氣和氖氣組成，是一種原子氦氖激光器工作物質(zhì)由氦氣和氖氣組成，是一種原子氣體激光器。在激光器電極上施加幾千伏電壓使氣體氣體激光器。在激光器電極上施加幾千伏電壓使氣體放電，在適當(dāng)?shù)臈l件下氦氖氣體成為激活的介質(zhì)。放電，在適當(dāng)?shù)臈l件下氦氖氣體成為激活的介質(zhì)。He-Ne He-Ne 激光器：激光器：COCO2 2激光器：激光器：峰值波長峰值波長632.8 nm632.8 nm，波長穩(wěn)定度，波長穩(wěn)定度10106 6，用于精密計(jì)用于精密計(jì)量、全息術(shù)、準(zhǔn)直測(cè)量、激光陀螺等量、全息術(shù)、準(zhǔn)直測(cè)量、激光陀螺等典型的波長為典型的波長為10.

15、6 m 10.6 m ，脈沖放電方式，峰值功，脈沖放電方式，峰值功率可達(dá)千兆瓦，用于金屬材料的切割、寶石加工、率可達(dá)千兆瓦，用于金屬材料的切割、寶石加工、手術(shù)治療、自由空間激光通信等手術(shù)治療、自由空間激光通信等特點(diǎn)：光束質(zhì)量高，單色性和方向性優(yōu)于固體和特點(diǎn)：光束質(zhì)量高，單色性和方向性優(yōu)于固體和 半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器 固體激光器所使用的工作物質(zhì)是具有特殊能力的固體激光器所使用的工作物質(zhì)是具有特殊能力的高質(zhì)量的光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，里面摻入具有發(fā)射高質(zhì)量的光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，里面摻入具有發(fā)射激光能力的金屬離子。固體激光器有紅寶石、釹玻激光能力的金屬離子。固體激光器有紅寶石、釹玻璃和釔鋁石榴石等激

16、光器。其中紅寶石激光器是發(fā)璃和釔鋁石榴石等激光器。其中紅寶石激光器是發(fā)現(xiàn)最早、用途最廣的晶體激光器。現(xiàn)最早、用途最廣的晶體激光器。 能量高，輸出功率大，但工作物質(zhì)種類較少，能量高，輸出功率大，但工作物質(zhì)種類較少，而且單色性差。而且單色性差。 LDLD發(fā)射的是受激輻射光發(fā)射的是受激輻射光 LEDLED發(fā)射的是自發(fā)輻射光發(fā)射的是自發(fā)輻射光 LEDLED的結(jié)構(gòu)和的結(jié)構(gòu)和LDLD相似，大多是采用雙異質(zhì)結(jié)相似，大多是采用雙異質(zhì)結(jié)(DH)(DH)芯片，把有源層夾在芯片，把有源層夾在P P型和型和N N型限制層中間，不同的型限制層中間，不同的是是LEDLED不需要光學(xué)諧振腔，不需要光學(xué)諧振腔， 沒有閾值。沒

17、有閾值。2 2、產(chǎn)生激光的必要條件、產(chǎn)生激光的必要條件 ：u 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)u 諧諧 振振 腔腔 u 泵泵 浦浦 源源 3 3、半導(dǎo)體激光器。常用的是、半導(dǎo)體激光器。常用的是PNPN結(jié)注入式，也稱激光結(jié)注入式，也稱激光二極管（二極管（Laser Diode， 簡稱簡稱LD ）。）。LD在電子線路中的符號(hào)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)諧諧 振振 腔腔 ：晶體解理面晶體解理面，礦物晶體在外力作，礦物晶體在外力作用下嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶方向破裂，并且能裂出光滑平面的用下嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶方向破裂，并且能裂出光滑平面的性質(zhì)稱為解理，這些平面稱為解理面性質(zhì)稱為解理，這些平面稱為解理面 泵浦源泵浦源外電源外電源必須

18、滿足上述三個(gè)激光產(chǎn)生的條件：必須滿足上述三個(gè)激光產(chǎn)生的條件：利用半導(dǎo)體晶體的自然解理面，作為激光器的諧振腔。諧振腔。GaAs注入式半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)示意圖注入式半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)示意圖 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：加正向電壓注入電流NPPN空空穴穴電電子子注入-導(dǎo)帶中電子數(shù)目價(jià)帶中電子數(shù)目粒子數(shù)反轉(zhuǎn)重?fù)诫s重?fù)诫s結(jié)區(qū)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)結(jié)區(qū)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)高能電子與空穴相遇發(fā)光，解理面諧振高能電子與空穴相遇發(fā)光，解理面諧振腔的共振放大，定向發(fā)射激光。腔的共振放大，定向發(fā)射激光。 5 5、半導(dǎo)體激光器基本結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體激光器基本結(jié)構(gòu)最簡單的半導(dǎo)體激光器由一個(gè)薄有源層（厚度約最簡單的半導(dǎo)體激光器由一個(gè)薄有源層（厚度約0.1m

19、0.1m）、）、P P型和型和N N型限制層構(gòu)成。型限制層構(gòu)成。解理面解理面金屬接觸金屬接觸電流電流有源層有源層P型型N型型300m100m200m1 1）、同質(zhì)結(jié)（）、同質(zhì)結(jié)（PNPN結(jié)）半導(dǎo)體激光器結(jié)）半導(dǎo)體激光器 PNPN能帶能帶PN結(jié)結(jié)LD的特點(diǎn)：閾值電流高，常溫下不能連續(xù)工作的特點(diǎn)：閾值電流高，常溫下不能連續(xù)工作所加的正向偏壓必須滿足所加的正向偏壓必須滿足eEeEEVgFF2 2）、異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器）、異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器 為了獲得高勢(shì)壘為了獲得高勢(shì)壘, ,要求兩種材料的禁帶寬度有較大的差值。要求兩種材料的禁帶寬度有較大的差值。P-AlxGa1-xAsN-AlxGa1-xAsGaAs

20、異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)NGaAsP空穴空穴電子電子結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖能帶圖能帶圖自發(fā)輻射自發(fā)輻射熒光熒光 受激輻射受激輻射激光激光 6 6、半導(dǎo)體激光器的特性參數(shù)、半導(dǎo)體激光器的特性參數(shù)LDLD的重要特性：直接調(diào)制（光源內(nèi)部調(diào)制）的重要特性：直接調(diào)制（光源內(nèi)部調(diào)制）調(diào)制頻率高達(dá)調(diào)制頻率高達(dá)10 GHz10 GHz，可應(yīng)用于光通信，可應(yīng)用于光通信（3 3） 發(fā)射波長和光譜特性發(fā)射波長和光譜特性 半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長等于禁帶寬度半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長等于禁帶寬度E Eg g(eV)(eV)ggEEhc24. 1不同材料有不同的禁帶寬度不同材料有不同的禁帶寬度E Eg g，有不同的發(fā)射波長，有不同的發(fā)

21、射波長。 鎵鋁砷鎵鋁砷- -鎵砷鎵砷(GaAlAs-GaAs)(GaAlAs-GaAs)材料適用于材料適用于0.85 m0.85 m波段波段 銦鎵砷磷銦鎵砷磷 - - 銦磷銦磷(InGaAsP-InP)(InGaAsP-InP)材料適用于材料適用于1.3-1.55 1.3-1.55 mm波段波段（4 4） 轉(zhuǎn)換效率和輸出光功率特性轉(zhuǎn)換效率和輸出光功率特性用功率效率和量子效率表示。量子效率又分為內(nèi)量子效用功率效率和量子效率表示。量子效率又分為內(nèi)量子效率、外量子效率以及外微分量子效率。率、外量子效率以及外微分量子效率。hfeIpeIIhfppththd/ )(/ )(外微分量子效率外微分量子效率d

22、 d其定義是在閾值電流以上，每對(duì)復(fù)其定義是在閾值電流以上，每對(duì)復(fù)合載流子產(chǎn)生的光子數(shù)合載流子產(chǎn)生的光子數(shù)外量子效率為：外量子效率為：/exp hfI e激光器每秒發(fā)射的光子數(shù)激光器每秒注入的電子空穴對(duì)數(shù))(0TT Ith=I0 exp（5 5）溫度特性）溫度特性半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度十分敏感，其輸出功率隨溫度會(huì)發(fā)生很大變半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度十分敏感，其輸出功率隨溫度會(huì)發(fā)生很大變化，其主要原因?yàn)椋海ɑ?，其主要原因?yàn)椋海? 1）激光器的閾值電流）激光器的閾值電流I Ith th 隨溫度升高而增隨溫度升高而增大（大（2 2）外微分量子效率）外微分量子效率d d隨溫度升高而減小。隨溫度升高而減小。22304

23、050607080P / m W54321050100I / m A不 激 射輸出功率：輸出功率： 連續(xù)波幾連續(xù)波幾mW到數(shù)百到數(shù)百mW 脈沖波可達(dá)數(shù)脈沖波可達(dá)數(shù)W 陣列式達(dá)到幾十陣列式達(dá)到幾十W波長：波長： 0.3344 m應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 通訊，作光源通訊，作光源 100100億路電話，全世界人同時(shí)通話億路電話，全世界人同時(shí)通話 光計(jì)算機(jī)，光計(jì)算機(jī)，10001000億次億次/ /秒秒 激光全息；激光全息；DCDDCD；激光雷達(dá)；火炮自動(dòng)瞄準(zhǔn)；激光雷達(dá)；火炮自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光器軍事應(yīng)用舉例：激光器軍事應(yīng)用舉例：據(jù)俄羅斯紐帶新聞網(wǎng)據(jù)俄羅斯紐帶新聞網(wǎng)20052005年年1111月月1 1日?qǐng)?bào)道，美國軍

24、方研制日?qǐng)?bào)道，美國軍方研制出世界第一款實(shí)用型激光步槍出世界第一款實(shí)用型激光步槍 “ “PhaSR”PhaSR”激光步槍激光步槍最大特點(diǎn)：最大特點(diǎn)：u暫時(shí)使人失明，被照射者的視力可以自然恢復(fù)暫時(shí)使人失明，被照射者的視力可以自然恢復(fù)u激光不會(huì)給人體眼球帶來永久性損傷激光不會(huì)給人體眼球帶來永久性損傷激光器軍事應(yīng)用舉例：激光器軍事應(yīng)用舉例：WJG-2002激光槍 中國新型激光眩目器中國新型激光眩目器 1、光纖激光器的光纖激光器的定義定義2、光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)、光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)3、光纖激光器的類型光纖激光器的類型及特點(diǎn)及特點(diǎn)4、光纖激光器發(fā)展歷史、光纖激光器發(fā)展歷史5、光纖激光器的應(yīng)用、光纖激光器

25、的應(yīng)用諧振腔諧振腔LD耦合光學(xué)系統(tǒng)耦合光學(xué)系統(tǒng)工作物質(zhì)工作物質(zhì)(增益光纖增益光纖)準(zhǔn)直光學(xué)系準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)諧振腔腔鏡可為反射鏡、光纖光柵或光纖環(huán)諧振腔腔鏡可為反射鏡、光纖光柵或光纖環(huán) 泵浦源泵浦源光纖材料光纖材料精密儀器標(biāo)刻精密儀器標(biāo)刻心臟支架的切割心臟支架的切割在線打標(biāo)在線打標(biāo)把發(fā)光器件與光敏元件封裝在把發(fā)光器件與光敏元件封裝在儀器構(gòu)成光電耦合器件。這種儀器構(gòu)成光電耦合器件。這種器件在信息的傳輸過程中用光器件在信息的傳輸過程中用光作為媒介把輸入邊輸出邊的作為媒介把輸入邊輸出邊的電信號(hào)耦合在一起的，具有線電信號(hào)耦合在一起的，具有線性變化關(guān)系，且在電性能上是性變化關(guān)系，且在電性能上是完全隔離的。

26、完全隔離的。把利用光耦合做成的電信號(hào)傳輸器件，一般稱為光電耦合把利用光耦合做成的電信號(hào)傳輸器件，一般稱為光電耦合器件。器件。特點(diǎn)：特點(diǎn)：具有電隔離功能；絕緣電阻高達(dá)具有電隔離功能；絕緣電阻高達(dá)10101012歐姆，擊穿電歐姆，擊穿電壓高達(dá)壓高達(dá)10025千伏，耦合電容小到零點(diǎn)幾個(gè)皮法；千伏，耦合電容小到零點(diǎn)幾個(gè)皮法；信號(hào)傳輸是單向性的，不論脈沖、直流都可以，模擬，數(shù)字信號(hào)傳輸是單向性的，不論脈沖、直流都可以，模擬，數(shù)字信號(hào)都適用；信號(hào)都適用；具有抗干擾噪聲的能力，可作為繼電器變壓器等使用；具有抗干擾噪聲的能力，可作為繼電器變壓器等使用；響應(yīng)速度快，一般可達(dá)微秒數(shù)量級(jí)，甚至納秒數(shù)量級(jí)；響應(yīng)速度快

27、，一般可達(dá)微秒數(shù)量級(jí)，甚至納秒數(shù)量級(jí)；使用方便，具有一般固體器件的可靠性，體積小，重量輕，使用方便，具有一般固體器件的可靠性，體積小，重量輕，抗震，密封防水，性價(jià)比高，工作溫度范圍在抗震，密封防水，性價(jià)比高，工作溫度范圍在55到到100攝攝氏度之間。氏度之間。二、特性參數(shù)二、特性參數(shù)1、傳輸特性、傳輸特性IFIFIFQ3Q2QQ1IF1IF2IF3IFVcIcIc1Ic2Ic3在直流工作狀態(tài)下，光電耦合器件的集電極電流IC與發(fā)光二極管的注入電流IF之比，稱為光電耦合器件的電流傳輸比，用表示，若有一工作點(diǎn)Q，則%100FQcQQII工作點(diǎn)選擇在輸出特性工作點(diǎn)選擇在輸出特性的不同位置時(shí)，具有不的不

28、同位置時(shí)，具有不同的同的值。故常用交流電值。故常用交流電流傳輸比來表示：流傳輸比來表示：%100FcIIIFT在電流較小時(shí)，耦合器件在電流較小時(shí)，耦合器件處于截止區(qū)，處于截止區(qū)， 值較小，值較小，當(dāng)電流變大后，當(dāng)電流變大后， 值變小，值變小，器件處于線性工作狀態(tài)，器件處于線性工作狀態(tài)，但其變化量較小。但其變化量較小。在零攝氏度以下，在零攝氏度以下， 值值隨溫度的升高而上升；隨溫度的升高而上升；在零攝氏度以上，隨溫在零攝氏度以上，隨溫度的升高而下降。度的升高而下降。02、輸入輸出間絕緣耐壓、輸入輸出間絕緣耐壓BVCFO絕緣耐壓與電流傳輸比都與發(fā)光二極管光敏三極管之間的絕緣耐壓與電流傳輸比都與發(fā)光

29、二極管光敏三極管之間的距離有直接關(guān)系，且是一對(duì)矛盾體。當(dāng)二者距離增大，絕緣距離有直接關(guān)系，且是一對(duì)矛盾體。當(dāng)二者距離增大，絕緣耐壓提高，但電流傳輸比卻降低，反之，絕緣耐壓降低，但耐壓提高，但電流傳輸比卻降低，反之，絕緣耐壓降低，但電流傳輸比卻提高。電流傳輸比卻提高。3、輸入輸出間絕緣電阻、輸入輸出間絕緣電阻RFC一般在一般在1091013歐姆之間，它的大小意味著耦合器件的隔歐姆之間，它的大小意味著耦合器件的隔離性能的好壞。離性能的好壞。4、輸入輸出間絕緣寄生電容、輸入輸出間絕緣寄生電容CFC一把為幾個(gè)皮法，影響器件的工作頻率。一把為幾個(gè)皮法，影響器件的工作頻率。5、最高工作頻率、最高工作頻率f

30、MVV(t)RFCRFoEFEcRcCRL測(cè)量器件最高工作頻率的電路測(cè)量器件最高工作頻率的電路向發(fā)光二極管送入幅度向發(fā)光二極管送入幅度相等而頻率變化的交流相等而頻率變化的交流小信號(hào)，在光電耦合器小信號(hào)，在光電耦合器的輸出端用交流電壓表的輸出端用交流電壓表測(cè)其交流輸出電壓值。測(cè)其交流輸出電壓值。隨著頻率的增高，雖然電壓幅度不變，而輸出幅度卻下降隨著頻率的增高，雖然電壓幅度不變，而輸出幅度卻下降了，當(dāng)輸出電壓相對(duì)幅值降至了，當(dāng)輸出電壓相對(duì)幅值降至0.707時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率就時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率就稱為器件的最高工作頻率。它會(huì)隨負(fù)載的變化而改變。稱為器件的最高工作頻率。它會(huì)隨負(fù)載的變化而改變。fMf相對(duì)相對(duì)輸出輸出0.707相對(duì)相對(duì)輸出輸出0.707fM1fM2fM3fRC1RC2RC36、脈沖上升時(shí)間下降時(shí)間、脈沖上升時(shí)間下降時(shí)間RFEc接示接示波器波器測(cè)量脈沖響應(yīng)時(shí)間的電路圖測(cè)量脈沖響應(yīng)時(shí)間的電路圖相對(duì)輸入相對(duì)輸入tttft相對(duì)相對(duì)輸出輸出1.00.90.10（二）抗干擾特性強(qiáng)的原因（二）抗干擾特性強(qiáng)的原因輸入阻抗很低，而干擾源的內(nèi)阻很大，從而能饋入輸入阻抗很低，而干擾源的內(nèi)阻很大，從而能饋入器件輸入端的干擾噪聲就變得很??；器件輸入端的干擾噪聲就變得很??；雖然有較大的干擾電壓，但干擾源的內(nèi)阻很大