光源總結(jié)PPT教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1光源總結(jié)光源總結(jié)光電技術(shù)基礎(chǔ)光電技術(shù)基礎(chǔ)n光電技術(shù)最基本的理論光電技術(shù)最基本的理論 是光的波粒二象性。是光的波粒二象性。 即光是以電磁波方式傳播的粒子。即光是以電磁波方式傳播的粒子。n光的本質(zhì)是物質(zhì)，它具有粒子性，又稱(chēng)為光量子或光光的本質(zhì)是物質(zhì)，它具有粒子性，又稱(chēng)為光量子或光子光子具有動(dòng)量與能量，并分別表示為子光子具有動(dòng)量與能量，并分別表示為p與與e，式中，式中h h為為普朗克常數(shù)（普朗克常數(shù)（6.6266.6261010-34-34J Js s）；）；v為光的振動(dòng)頻率為光的振動(dòng)頻率(s(s- -1 1) )；c為光在真空中的傳播速度（為光在真空中的傳播速度（3 310108 8m m

2、s s-1-1）。）。n光的量子性成功地解釋了光與物質(zhì)作用時(shí)引起的光電光的量子性成功地解釋了光與物質(zhì)作用時(shí)引起的光電效應(yīng)，而光電效應(yīng)又充分證明了光的量子性。效應(yīng)，而光電效應(yīng)又充分證明了光的量子性。第1頁(yè)/共94頁(yè)第2頁(yè)/共94頁(yè)第3頁(yè)/共94頁(yè)發(fā)光二極管半導(dǎo)體激光器染料激光器固體激光器氣體激光器激光器氘燈氙燈金屬鹵化物燈鈉燈汞燈氣體放電光源白熾燈、鹵鎢燈太陽(yáng)、黑體輻射器熱輻射光源光源光纖激光器發(fā)光二極管第4頁(yè)/共94頁(yè)eQe,eI 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)第5頁(yè)/共94頁(yè)( , )eedId 單位單位: （瓦每球面度）（瓦每球面度）Wsr4.4.輻射出射度輻射出射度 與輻射亮度與輻射亮度eM,eB e

3、edMdS單位：?jiǎn)挝唬?（瓦每平方米）（瓦每平方米）2Wm2( , )( ,coscoseeeddIBdSddS ） 單位：?jiǎn)挝唬?（瓦每球面度平方米（瓦每球面度平方米） 2Wsr m第6頁(yè)/共94頁(yè) 的定義的定義 的定義的定義eM,eB 5.5.輻射照度輻射照度 eLeedLdS單位：?jiǎn)挝唬?（瓦每平方米）（瓦每平方米）2Wm6.6.光譜輻射量光譜輻射量 輻射量的光譜密度，輻射量隨波長(zhǎng)的變化率輻射量的光譜密度，輻射量隨波長(zhǎng)的變化率。第7頁(yè)/共94頁(yè)光譜輻射通量光譜輻射通量 與波長(zhǎng)的關(guān)系與波長(zhǎng)的關(guān)系( )e ( )eedd0( )eed 其它輻射度量都有類(lèi)似關(guān)系其它輻射度量都有類(lèi)似關(guān)系。二、光

4、度的基本物理量二、光度的基本物理量1.1.光譜光視效率光譜光視效率V():V(): 人眼對(duì)各種光波長(zhǎng)的人眼對(duì)各種光波長(zhǎng)的 相對(duì)靈敏度相對(duì)靈敏度詳見(jiàn)表詳見(jiàn)表1.11.1第8頁(yè)/共94頁(yè)vvdIdvQvvIvI555nm111683lmWcdsrsr 即：即：1W = 683 lm 1W = 683 lm 此時(shí)，此時(shí)，V(V(）=1 =1 555nmV(V(）1 1W 1 1W 683 lm683 lm 時(shí)，時(shí)，第9頁(yè)/共94頁(yè)( )( )( )vmeK V0( )( )vmeKVd 有關(guān)系式：有關(guān)系式： 光出射度光出射度 與光亮度與光亮度 vMvBvvdMdS單位：?jiǎn)挝唬簂mlm /m/m2 2

5、2coscosvvvddIBdSddS單位：?jiǎn)挝唬?cd/mcd/m2 2實(shí)用單位：實(shí)用單位：sb(sb(熙提熙提) ) 1sb = 1sb = 10104 4cd/mcd/m2 2第10頁(yè)/共94頁(yè) 光照度光照度 vLvvdLdS單位：?jiǎn)挝唬簂xlx（勒克斯）（勒克斯） 1 lx =1 lm/m1 lx =1 lm/m2 2普適關(guān)系式：普適關(guān)系式：0( )( )VmeXKVXd三、光源的輻射效率與發(fā)光效率三、光源的輻射效率與發(fā)光效率21( )eeedPP0( ) ( )mevvKVdPP輻射效率輻射效率發(fā)光效率發(fā)光效率 單位：?jiǎn)挝唬?lm/Wlm/W第11頁(yè)/共94頁(yè)第12頁(yè)/共94頁(yè)解解

6、He-NeHe-Ne激光器輸出的光為光譜輻射通量，根據(jù)激光器輸出的光為光譜輻射通量，根據(jù)式（式（1-561-56）可以計(jì)算出它發(fā)出的光通量為）可以計(jì)算出它發(fā)出的光通量為v,v,= =K K,e ee e, ,=K=Km mV()V()e e, , = =6836830.240.243 31010-3-3 =0.492(lm) =0.492(lm)第13頁(yè)/共94頁(yè))()()( emvVk20rdsmmr5 . 00233)105 . 0(14. 3103235. 0683)()(dsdMvv第14頁(yè)/共94頁(yè)第15頁(yè)/共94頁(yè) )()()( emvVk25. 0)(V310225. 0683)

7、(v)(LmddIvv)()(222Rrd233)10(14. 310225. 0683)(vI)(cd第16頁(yè)/共94頁(yè) cos)()(dsdIBvv1cos20rdsmmr5 . 0023233)105 . 0(14. 31)10(14. 310225. 0683)( vB)/(2mcd233)105 . 0(14. 310225. 0683)()(dsdMvv)/(2mlm第17頁(yè)/共94頁(yè)m10210r 該激光束在遠(yuǎn)的屏上形成的光斑面積為2310101010Rr)(m該光斑是一個(gè)漫反射光源： cos)(cos)()(2dsdIddsdBvvv22232100)10(14. 321022

8、5. 068385. 02)(85. 0)()(rBBvvv)/(2mcd第18頁(yè)/共94頁(yè)3 一束波長(zhǎng)為635nm、功率為3mW的單色光，其光通量為多少？倘若該光束由一個(gè)小的面光源發(fā)射出來(lái)，發(fā)光面的直徑為1 mm，發(fā)散角為1 mrad，并且人眼只能觀看1 cd/cm2的亮度，試求所戴保護(hù)眼鏡的透過(guò)率應(yīng)為多少？（已知635nm的明視覺(jué)光譜光視效率為 ）25. 0)(V第19頁(yè)/共94頁(yè)第20頁(yè)/共94頁(yè)在熱平衡條件下在熱平衡條件下,ebebMTT LT 絕對(duì)黑體熱輻射能力最強(qiáng)絕對(duì)黑體熱輻射能力最強(qiáng)。由于內(nèi)部原子、分子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)由于內(nèi)部原子、分子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生輻射的光源生輻射的光源輻射光譜是連

9、續(xù)光譜輻射光譜是連續(xù)光譜第21頁(yè)/共94頁(yè)215( ,(1)ebcTcMTe）1、普朗克公式、普朗克公式5mhckT 40,ebebMTMT dT2、維恩位移、維恩位移定律定律3、斯蒂芬、斯蒂芬玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律隨著溫度隨著溫度T的升高，的升高，峰值波長(zhǎng)峰值波長(zhǎng) 向短波方向移動(dòng)，向短波方向移動(dòng)，總出射度總出射度 迅速增加迅速增加。m ebMT絕對(duì)黑體的溫度決定了它的絕對(duì)黑體的溫度決定了它的輻射光譜分布輻射光譜分布灰體：灰體：(，T)T)1 1的熱輻射光源，的熱輻射光源， 具有與具有與絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體類(lèi)似的輻射規(guī)律。類(lèi)似的輻射規(guī)律。色溫；相關(guān)色溫色溫；相關(guān)色溫T2898第22頁(yè)/共94頁(yè)將

10、 對(duì)波長(zhǎng)求積分，得到黑體發(fā)射的總輻射出射度 s , eM04, s , es , edTMM（1-42）式中，是斯特藩-波爾茲曼常數(shù)，它由下式?jīng)Q定 4282345KWm1067. 5152chk由式（1-42），Me,s與T的四次方成正比 普朗克公式普朗克公式第23頁(yè)/共94頁(yè)Tm2898155se103091T.Mm,Wcm-2m-1K-5 以上三個(gè)定律統(tǒng)稱(chēng)為黑體輻射定律。 215( ,(1)ebcTcMTe）第24頁(yè)/共94頁(yè)特藩特藩- -波爾茲曼輻射定律，正常波爾茲曼輻射定律，正常人體所發(fā)出的輻射出射度為人體所發(fā)出的輻射出射度為24, s , em/W3 .5205 .309M第25頁(yè)/

11、共94頁(yè)Tm2898(m)=9.36m 峰值光譜輻射出射度為 155se103091T.Mm,Wcm-2m-1 =3.72 Wcm-2m-1 （3）人體發(fā)燒到）人體發(fā)燒到38時(shí)峰值輻射波長(zhǎng)為時(shí)峰值輻射波長(zhǎng)為 m32. 9382732898m發(fā)燒時(shí)的峰值光譜輻射出射度為 155, s , e10309. 1TMm=3.81Wcm-2m-1 第26頁(yè)/共94頁(yè)015. 1285628962898Tm(m) 峰值光譜輻射出射度為 155, s , e10309. 1TMm=1.3092856510-15 =248.7Wcm-2m-1 總輻射出射度為 24484, s , em/W1077. 3285

12、61067. 52856M第27頁(yè)/共94頁(yè)1.1.太陽(yáng)與黑體輻射太陽(yáng)與黑體輻射器器二、實(shí)際的熱輻射光源二、實(shí)際的熱輻射光源太陽(yáng)的光譜分布太陽(yáng)的光譜分布非常接近于非常接近于絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體黑體輻射器：黑體輻射器：科學(xué)制作的小科學(xué)制作的小孔空腔結(jié)構(gòu)，孔空腔結(jié)構(gòu)，可以很好地實(shí)可以很好地實(shí)現(xiàn)絕對(duì)黑體的現(xiàn)絕對(duì)黑體的輻射功能。輻射功能。常用作標(biāo)準(zhǔn)光常用作標(biāo)準(zhǔn)光源，最高工作源，最高工作溫度是溫度是3000K3000K。第28頁(yè)/共94頁(yè)2.2.白熾燈與鹵鎢燈白熾燈與鹵鎢燈 灰體灰體 鎢絲做燈絲鎢絲做燈絲玻璃泡殼玻璃泡殼; ;色溫約色溫約2800K,2800K,輻射光譜約輻射光譜約0.40.43 3m m。

13、 可見(jiàn)光占可見(jiàn)光占6 612%12%，用于照明；，用于照明； 加紅外濾光片可作為近紅外光源。加紅外濾光片可作為近紅外光源。石英泡殼石英泡殼; ;泡殼內(nèi)充入微量鹵族元素或其化合物泡殼內(nèi)充入微量鹵族元素或其化合物 （如溴化硼）（如溴化硼）; ;形成鹵鎢循環(huán)。形成鹵鎢循環(huán)。 色溫色溫3200K3200K以上以上, ,輻射光譜為輻射光譜為0.250.253.5m3.5m。 發(fā)光效率可達(dá)發(fā)光效率可達(dá)30lm/W(30lm/W(為白熾燈的為白熾燈的2 23 3倍倍) )， 作儀器白光源作儀器白光源. .鹵鎢燈鹵鎢燈 白熾燈白熾燈第29頁(yè)/共94頁(yè)泡殼：用玻璃或石英等材料制造；泡殼：用玻璃或石英等材料制造；

14、電極：陰極、陽(yáng)極或不區(qū)分（交流燈）電極：陰極、陽(yáng)極或不區(qū)分（交流燈）泡殼內(nèi)充入發(fā)光用的氣體：金屬蒸氣、泡殼內(nèi)充入發(fā)光用的氣體：金屬蒸氣、 金屬化合物蒸氣、惰性氣體金屬化合物蒸氣、惰性氣體基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)氣體放電光源的特點(diǎn)：氣體放電光源的特點(diǎn)： 發(fā)光效率高發(fā)光效率高, ,節(jié)能。節(jié)能。 電極牢固緊湊，耐震，抗沖擊。電極牢固緊湊，耐震，抗沖擊。 壽命長(zhǎng)，比白熾燈長(zhǎng)壽命長(zhǎng)，比白熾燈長(zhǎng)2 21010倍。倍。 輻射光譜可以選擇，只要選用適輻射光譜可以選擇，只要選用適當(dāng)?shù)陌l(fā)光材料。當(dāng)?shù)陌l(fā)光材料。第30頁(yè)/共94頁(yè)一、汞燈一、汞燈 泡殼內(nèi)充汞蒸氣泡殼內(nèi)充汞蒸氣1.1.低壓汞燈低壓汞燈 作作253.7nm253

15、.7nm紫外光源；紫外光源； 作熒光燈（作熒光燈（日光燈）。日光燈）。2.2.高壓汞燈高壓汞燈 可見(jiàn)輻射加強(qiáng)，呈帶狀可見(jiàn)輻射加強(qiáng)，呈帶狀 光譜，可作光譜，可作高效照明光源。高效照明光源。3.3.球形超高壓汞燈球形超高壓汞燈 很好的藍(lán)綠光點(diǎn)光源。很好的藍(lán)綠光點(diǎn)光源。第31頁(yè)/共94頁(yè)二、鈉燈二、鈉燈 泡殼內(nèi)充的是氖氬混合氣體泡殼內(nèi)充的是氖氬混合氣體 與金屬鈉滴。與金屬鈉滴。低壓鈉燈：低壓鈉燈：發(fā)出波長(zhǎng)發(fā)出波長(zhǎng)589nm589nm、589.6nm 589.6nm 兩條譜線的單色光源。兩條譜線的單色光源。高壓鈉燈：高壓鈉燈：接近白光，亮度高，用于照明光源。接近白光，亮度高，用于照明光源。三、金屬鹵化

16、物燈三、金屬鹵化物燈 泡殼內(nèi)充的是泡殼內(nèi)充的是 金屬鹵化物氣體。金屬鹵化物氣體。通過(guò)通過(guò)金屬金屬 鹵化物循環(huán)，鹵化物循環(huán)，提供足夠的提供足夠的 金屬原子氣體。金屬原子氣體。鉈燈（碘化鉈）：鉈燈（碘化鉈）：綠光，峰值綠光，峰值535nm535nm。鏑燈（碘化鏑、碘化鉈）：鏑燈（碘化鏑、碘化鉈）：色溫色溫6000K6000K。鈉鉈銦燈（碘化鈉、碘化鉈、碘化銦）：鈉鉈銦燈（碘化鈉、碘化鉈、碘化銦）： 近白色光源近白色光源, , 色溫色溫5500K5500K。第32頁(yè)/共94頁(yè)四、氙燈四、氙燈 泡殼內(nèi)充的是是惰性氣體泡殼內(nèi)充的是是惰性氣體氙。氙。色溫色溫6000K6000K，亮度高，被稱(chēng)為，亮度高，被

17、稱(chēng)為“小太陽(yáng)小太陽(yáng)”，壽命長(zhǎng)。，壽命長(zhǎng)。長(zhǎng)弧氙燈長(zhǎng)弧氙燈: :短弧氙燈短弧氙燈: :脈沖氙燈脈沖氙燈: :日光色點(diǎn)光源日光色點(diǎn)光源大范圍照明大范圍照明光源光源脈沖脈沖時(shí)間極短（時(shí)間極短（nSnSpS)pS)，光很強(qiáng)，光很強(qiáng), ,用于用于光泵、光信號(hào)源、光泵、光信號(hào)源、照相制版、高速攝影照相制版、高速攝影第33頁(yè)/共94頁(yè)五、氘燈五、氘燈 泡殼內(nèi)充有高純度的氘氣泡殼內(nèi)充有高純度的氘氣燈燈的紫外輻射強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，的紫外輻射強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，常用作連續(xù)紫外光源（常用作連續(xù)紫外光源（185185400nm400nm）。）。第34頁(yè)/共94頁(yè) 2020世紀(jì)世紀(jì)激光的誕生標(biāo)志著人類(lèi)激光

18、的誕生標(biāo)志著人類(lèi)對(duì)光子的掌握和利用進(jìn)入了一個(gè)對(duì)光子的掌握和利用進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。嶄新的階段。 激光器的激光器的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)第35頁(yè)/共94頁(yè) 激光形成激光形成機(jī)理機(jī)理電泵浦或光泵浦；電泵浦或光泵浦；造成工作物質(zhì)中粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布造成工作物質(zhì)中粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ， 自發(fā)輻射引發(fā)受激輻射；自發(fā)輻射引發(fā)受激輻射；諧振腔對(duì)輻射光波選頻放大。諧振腔對(duì)輻射光波選頻放大。激光的激光的優(yōu)越性?xún)?yōu)越性高亮度、高方向性、高單色性高亮度、高方向性、高單色性和高度的時(shí)間空間相干性和高度的時(shí)間空間相干性 已有數(shù)百種激光器，輸出波長(zhǎng)從近紫外直已有數(shù)百種激光器，輸出波長(zhǎng)從近紫外直到遠(yuǎn)紅外，輻射功率從毫瓦到萬(wàn)瓦、兆瓦級(jí)。到

19、遠(yuǎn)紅外，輻射功率從毫瓦到萬(wàn)瓦、兆瓦級(jí)。激光將對(duì)激光將對(duì)2121世紀(jì)的科技騰飛和產(chǎn)業(yè)世紀(jì)的科技騰飛和產(chǎn)業(yè)革命產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響！革命產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響！第36頁(yè)/共94頁(yè)第37頁(yè)/共94頁(yè)1.1.氣體激光器氣體激光器工作物質(zhì)是氣體或金屬蒸氣，通過(guò)氣體工作物質(zhì)是氣體或金屬蒸氣，通過(guò)氣體放電實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。放電實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。工作物質(zhì)（氣體）均勻性好，輸出光束工作物質(zhì)（氣體）均勻性好，輸出光束的質(zhì)量相當(dāng)高。的質(zhì)量相當(dāng)高。2.2.固體激光器固體激光器工作物質(zhì)是摻雜的晶工作物質(zhì)是摻雜的晶體或光學(xué)玻璃，光泵體或光學(xué)玻璃，光泵浦。浦。有脈沖輸出激光器和有脈沖輸出激光器和連續(xù)輸出激光器。連續(xù)輸出激光器。主要優(yōu)點(diǎn)：能量

20、大、峰值功率高、結(jié)構(gòu)緊湊、主要優(yōu)點(diǎn)：能量大、峰值功率高、結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固可靠和使用方便。堅(jiān)固可靠和使用方便。第38頁(yè)/共94頁(yè)3.3.染料激光器染料激光器工作物質(zhì)是有機(jī)染料溶液，光泵浦。工作物質(zhì)是有機(jī)染料溶液，光泵浦。輸出激光波長(zhǎng)可以在很寬范圍內(nèi)調(diào)諧，有極好的輸出激光波長(zhǎng)可以在很寬范圍內(nèi)調(diào)諧，有極好的光束質(zhì)量。光束質(zhì)量。有連續(xù)輸出的激光器，也有脈沖輸出的激光器。有連續(xù)輸出的激光器，也有脈沖輸出的激光器。可產(chǎn)生超短光脈沖，峰值功率達(dá)幾百可產(chǎn)生超短光脈沖，峰值功率達(dá)幾百M(fèi)WMW。4.4.半導(dǎo)體激光器（半導(dǎo)體激光器（LDLD）工作物質(zhì)是半工作物質(zhì)是半導(dǎo)體材料形成導(dǎo)體材料形成的的P-NP-N結(jié)。結(jié)。與結(jié)

21、平面垂直的晶體解與結(jié)平面垂直的晶體解理面構(gòu)成理面構(gòu)成F-PF-P諧振腔。諧振腔。第39頁(yè)/共94頁(yè)對(duì)對(duì)P-NP-N結(jié)正向注入電流或結(jié)正向注入電流或光泵浦光泵浦，可激發(fā)激光?？杉ぐl(fā)激光。體積小，重量輕，易調(diào)制，功耗低；體積小，重量輕，易調(diào)制，功耗低；波長(zhǎng)覆蓋面廣（波長(zhǎng)覆蓋面廣（0.330.334444m m）；）；能量轉(zhuǎn)換效率高，有大功率、高集成度器件。能量轉(zhuǎn)換效率高，有大功率、高集成度器件。主要優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)5.5.光纖激光器光纖激光器工作物質(zhì)主要是稀土摻雜的光纖，用光泵浦，諧工作物質(zhì)主要是稀土摻雜的光纖，用光泵浦，諧振腔有多種形式。振腔有多種形式。是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型激光器，具有一是近年來(lái)發(fā)

22、展起來(lái)的新型激光器，具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。在光通信系統(tǒng)、光能源系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。在光通信系統(tǒng)、光能源系統(tǒng)中都有重要作用。系統(tǒng)中都有重要作用。 第40頁(yè)/共94頁(yè)1.4.2 1.4.2 固體激光器固體激光器介紹幾種代表性的介紹幾種代表性的固體激光器固體激光器YAG激光器激光器 基質(zhì)晶體基質(zhì)晶體Y3Al5O12熱物理性能優(yōu)良，熱物理性能優(yōu)良， 使激光器既可連續(xù)工作又可高效率脈沖工作。使激光器既可連續(xù)工作又可高效率脈沖工作。3:NdYAG輸出波長(zhǎng)輸出波長(zhǎng)1064nm，加倍頻技術(shù)可輸出，加倍頻技術(shù)可輸出532nm。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了KW級(jí)大功率輸出，廣泛用于激光加級(jí)大功率輸出，廣泛用于激光加工、激光醫(yī)

23、療、科學(xué)研究之中。工、激光醫(yī)療、科學(xué)研究之中。3:ErYAG輸出波長(zhǎng)輸出波長(zhǎng)2.94m,用于激光醫(yī)療。用于激光醫(yī)療。 第41頁(yè)/共94頁(yè)YAGHo:3輸出波長(zhǎng)輸出波長(zhǎng)2.1m,2.1m,用于激光醫(yī)療用于激光醫(yī)療 , ,空間光通信?？臻g光通信。 可調(diào)諧的固體激光器可調(diào)諧的固體激光器 323:OAlTi 輸出激光有寬的調(diào)諧范圍（輸出激光有寬的調(diào)諧范圍（700-1000nm700-1000nm，峰值，峰值波長(zhǎng)波長(zhǎng)800nm800nm），應(yīng)用廣泛，并實(shí)現(xiàn)飛秒脈沖。），應(yīng)用廣泛，并實(shí)現(xiàn)飛秒脈沖。 423:OBeAlCr可調(diào)諧范圍可調(diào)諧范圍700-800nm700-800nm。采用調(diào)。采用調(diào)Q Q技術(shù)，輸

24、出技術(shù)，輸出755nm755nm脈沖激光，在激光醫(yī)療中很重要。脈沖激光，在激光醫(yī)療中很重要。 第42頁(yè)/共94頁(yè)激光二極管（激光二極管（LDLD）泵浦的固體激光器）泵浦的固體激光器LDLD泵浦泵浦: :實(shí)現(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)換, ,有端面泵浦和側(cè)面泵浦。有端面泵浦和側(cè)面泵浦。 獲得百瓦級(jí)高功率激光輸出。獲得百瓦級(jí)高功率激光輸出。下圖是縱向、雙端面泵浦下圖是縱向、雙端面泵浦第43頁(yè)/共94頁(yè)一個(gè)橫向、側(cè)面泵浦的激光器一個(gè)橫向、側(cè)面泵浦的激光器市場(chǎng)上高功率的市場(chǎng)上高功率的LDLD泵浦固體激光器都是泵浦固體激光器都是用側(cè)面泵浦方式，輸出功率可達(dá)用側(cè)面泵浦方式，輸出功率可達(dá)6000W6

25、000W以上。以上。第44頁(yè)/共94頁(yè)非線性頻率轉(zhuǎn)換得到短波長(zhǎng)固體激光器非線性頻率轉(zhuǎn)換得到短波長(zhǎng)固體激光器 固體激光器的波長(zhǎng)多在紅外波段。用非線性材料固體激光器的波長(zhǎng)多在紅外波段。用非線性材料進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換, ,可得到短波長(zhǎng)固體激光器?？傻玫蕉滩ㄩL(zhǎng)固體激光器。 LDLD泵浦固體激光器與準(zhǔn)相位匹配頻率轉(zhuǎn)換結(jié)泵浦固體激光器與準(zhǔn)相位匹配頻率轉(zhuǎn)換結(jié)合，以期制造出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單小巧、價(jià)格便宜的合，以期制造出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單小巧、價(jià)格便宜的可調(diào)諧激光器?？烧{(diào)諧激光器。研究趨勢(shì)研究趨勢(shì)用LD泵浦 晶體得到1064nm激光，再用KTP晶體進(jìn)行腔內(nèi)倍頻，得到532nm綠激光。34 :NdYVO還用非線性頻率轉(zhuǎn)換得到

26、藍(lán)光、紫外固體激光器。還用非線性頻率轉(zhuǎn)換得到藍(lán)光、紫外固體激光器。第45頁(yè)/共94頁(yè)1.4.3 1.4.3 半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器一、半導(dǎo)體材料的能帶一、半導(dǎo)體材料的能帶晶體中電子晶體中電子的共有化運(yùn)的共有化運(yùn)動(dòng)動(dòng)晶體中的能帶晶體中的能帶關(guān)于價(jià)帶關(guān)于價(jià)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶禁帶禁帶導(dǎo)電載流子導(dǎo)電載流子：電子、空穴電子、空穴第46頁(yè)/共94頁(yè)I I型、型、N N型、型、P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體關(guān)于施主能級(jí)關(guān)于施主能級(jí)受主能級(jí)受主能級(jí)費(fèi)米統(tǒng)計(jì)分布費(fèi)米統(tǒng)計(jì)分布()/1( )1fE EkTf Ee式中，式中，Ef為費(fèi)米能級(jí)，是電子占據(jù)率大于或小于為費(fèi)米能級(jí)，是電子占據(jù)率大于或小于0.50.5的能級(jí)分界線。的能級(jí)分

27、界線。第47頁(yè)/共94頁(yè)二、二、PNPN結(jié)的能帶結(jié)的能帶PNPN結(jié)空間電荷區(qū)與自建電場(chǎng)的形成結(jié)空間電荷區(qū)與自建電場(chǎng)的形成第48頁(yè)/共94頁(yè)P(yáng)NPN結(jié)的能帶彎曲結(jié)的能帶彎曲重?fù)诫s重?fù)诫sP P型、型、N N型型半導(dǎo)體的能帶半導(dǎo)體的能帶熱平衡時(shí)熱平衡時(shí)PNPN結(jié)結(jié)的能帶彎曲的能帶彎曲 加上正向電壓后，加上正向電壓后， PNPN結(jié)勢(shì)壘降低結(jié)勢(shì)壘降低第49頁(yè)/共94頁(yè)P(yáng)NPN結(jié)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，一個(gè)平衡系統(tǒng)只結(jié)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，一個(gè)平衡系統(tǒng)只能有一個(gè)費(fèi)米能級(jí)。自建電場(chǎng)的方向由能有一個(gè)費(fèi)米能級(jí)。自建電場(chǎng)的方向由N N區(qū)指向區(qū)指向P P區(qū)，區(qū)，P P區(qū)、區(qū)、N N區(qū)的電子能級(jí)差為：區(qū)的電子能級(jí)差為：pfnfDD

28、EEqUUq)()(PNPN結(jié)加上正向電壓時(shí)，熱平衡被破壞，結(jié)加上正向電壓時(shí)，熱平衡被破壞，PNPN結(jié)區(qū)結(jié)區(qū)勢(shì)壘降低，實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。勢(shì)壘降低，實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 電子、空穴復(fù)合發(fā)光，引發(fā)受激輻射。電子、空穴復(fù)合發(fā)光，引發(fā)受激輻射。經(jīng)諧振腔選頻，可形成激光輸出。經(jīng)諧振腔選頻，可形成激光輸出。PNPN結(jié)就是光輻射的有源區(qū)。結(jié)就是光輻射的有源區(qū)。 第50頁(yè)/共94頁(yè)三、實(shí)用中代表性的三、實(shí)用中代表性的LDLD的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)閾值電流閾值電流I Ithth注入電流注入電流I II Ith th , ,才能形成激光。才能形成激光。器件結(jié)構(gòu)要著力于降低器件結(jié)構(gòu)要著力于降低I Ith th 。同質(zhì)結(jié)

29、同質(zhì)結(jié) 單異質(zhì)結(jié)（單異質(zhì)結(jié)（SHSH） 雙異質(zhì)結(jié)（雙異質(zhì)結(jié)（DHDH） 、第51頁(yè)/共94頁(yè)條形異質(zhì)結(jié)條形異質(zhì)結(jié)LD:LD:增益導(dǎo)引條形增益導(dǎo)引條形DHLD DHLD 掩埋條形掩埋條形DHLDDHLD 第52頁(yè)/共94頁(yè)量子阱（量子阱（QWQW）LDLD單量子阱（單量子阱（SQWSQW）多量子阱（多量子阱（MQWMQW）超晶格結(jié)構(gòu)超晶格結(jié)構(gòu) 量子阱效應(yīng)：使載流子能級(jí)拉開(kāi)并使有源區(qū)的異質(zhì)結(jié)上出現(xiàn)了導(dǎo)帶和價(jià)帶上的突變。量子阱效應(yīng)：使載流子能級(jí)拉開(kāi)并使有源區(qū)的異質(zhì)結(jié)上出現(xiàn)了導(dǎo)帶和價(jià)帶上的突變。第53頁(yè)/共94頁(yè)MQWMQW結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性?xún)?yōu)越性： 閾值電流很低閾值電流很低 改善頻率啁啾改善頻率啁啾

30、調(diào)制速率高調(diào)制速率高 溫度特性好溫度特性好 MQWMQW的能的能帶帶第54頁(yè)/共94頁(yè)分布反饋激光器分布反饋激光器 諧振腔是諧振腔是波紋光柵波紋光柵結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) nmB/mn)sin1 (mn2分布反饋分布反饋基于基于布拉格衍射布拉格衍射原理原理 第55頁(yè)/共94頁(yè)DFB DFB 激光激光器器DBR DBR 激光器激光器 每一個(gè)柵距每一個(gè)柵距 相當(dāng)于一個(gè)微相當(dāng)于一個(gè)微F-PF-P腔腔, ,易形成單易形成單 縱模振蕩。波紋光柵相當(dāng)于許多微縱模振蕩。波紋光柵相當(dāng)于許多微F-PF-P腔多級(jí)腔多級(jí) 調(diào)諧，使波長(zhǎng)選擇性大大提高，譜線寬度窄。調(diào)諧，使波長(zhǎng)選擇性大大提高，譜線寬度窄。 在高速調(diào)制時(shí)仍然保持單縱模

31、特性。在高速調(diào)制時(shí)仍然保持單縱模特性。 溫度特性好。溫度特性好。波紋光柵波紋光柵分布反饋分布反饋的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)MQW-DFB LDMQW-DFB LD性能優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于性能優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于高速光纖通信系統(tǒng)中。高速光纖通信系統(tǒng)中。第56頁(yè)/共94頁(yè)四、四、LDLD的工作特性的工作特性I II Ith th 形成激光輸出形成激光輸出, 光功率急劇上升，光功率急劇上升， P-IP-I曲線的線性好。曲線的線性好。 斜率效率。斜率效率。 I II Ith th 自發(fā)輻射階段，自發(fā)輻射階段， 光功率較小光功率較小 。LDLD是對(duì)溫度很敏感的器件，溫度升高，是對(duì)溫度很敏感的器件，溫度升高，性能劣化。需要控制

32、溫度，以穩(wěn)定輸出性能劣化。需要控制溫度，以穩(wěn)定輸出光功率和峰值波長(zhǎng)。光功率和峰值波長(zhǎng)。 1. P-I1. P-I特性特性第57頁(yè)/共94頁(yè)2. 光譜特性光譜特性I II IththI II Ithth單縱模單縱模LDLD是矩形光波導(dǎo)是矩形光波導(dǎo): :厚度為厚度為d d，條形寬度為，條形寬度為W W 。出光發(fā)散角：出光發(fā)散角： )arcsin(2d)arcsin(2/w 約約30304040約約6 68 8第58頁(yè)/共94頁(yè)3.3.調(diào)制特性調(diào)制特性具有直接調(diào)制的能力具有直接調(diào)制的能力 )()(tfIItIbmb調(diào)制電流調(diào)制電流 模擬調(diào)制模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制LDLD芯片芯片的調(diào)制的調(diào)制頻率達(dá)頻

33、率達(dá) 10GH10GHZ Z 量級(jí)。量級(jí)。第59頁(yè)/共94頁(yè)五、五、LDLD的應(yīng)用及新的發(fā)展的應(yīng)用及新的發(fā)展 LDLD體積小，重量輕，易調(diào)制，功耗低；效率高，體積小，重量輕，易調(diào)制，功耗低；效率高， 壽命長(zhǎng)，有大功率、高集成度器件。壽命長(zhǎng)，有大功率、高集成度器件。 已成為最重要的激光器之一。已成為最重要的激光器之一。 光通信光通信 光盤(pán)存儲(chǔ)、光顯示光盤(pán)存儲(chǔ)、光顯示 激光印刷、信息處理、辦公自動(dòng)化設(shè)備激光印刷、信息處理、辦公自動(dòng)化設(shè)備 激光加工、激光醫(yī)療激光加工、激光醫(yī)療 各種半導(dǎo)體激光器需求量極大，各種半導(dǎo)體激光器需求量極大，是光電子產(chǎn)業(yè)的重要支柱。是光電子產(chǎn)業(yè)的重要支柱。 第60頁(yè)/共94頁(yè)

34、LDLD的發(fā)展日新月異的發(fā)展日新月異 l垂直腔表面發(fā)射垂直腔表面發(fā)射LDLD（VCSELVCSEL）利于與光纖耦合；適合大面積二維列陣集成。利于與光纖耦合；適合大面積二維列陣集成。 有源區(qū)是有源區(qū)是多量子阱多量子阱結(jié)構(gòu)，腔結(jié)構(gòu)，腔長(zhǎng)只有幾長(zhǎng)只有幾個(gè)微米。個(gè)微米。動(dòng)態(tài)單縱動(dòng)態(tài)單縱模特性好，模特性好，閾值電流閾值電流可小于可小于1 1A A。第61頁(yè)/共94頁(yè)l微腔微腔LDLD如應(yīng)變量子阱（如應(yīng)變量子阱（SL-QWSL-QW）結(jié)構(gòu)，調(diào)制頻率）結(jié)構(gòu)，調(diào)制頻率已達(dá)已達(dá)30GHZ30GHZ以上。以上。 l高速寬帶高速寬帶LDLD 普通普通LDLD的諧振腔長(zhǎng)為幾百微米，造成自發(fā)輻射模式很多，的諧振腔長(zhǎng)為幾

35、百微米，造成自發(fā)輻射模式很多，其中只有一個(gè)或幾個(gè)模式形成激光（其中只有一個(gè)或幾個(gè)模式形成激光（:10:10-4-41010-5-5）。因）。因而帶來(lái)能量損失、速度限制和噪聲。而帶來(lái)能量損失、速度限制和噪聲。微腔微腔LDLD的諧振腔長(zhǎng)為光波長(zhǎng)量級(jí)，使得自發(fā)輻射模式極大的諧振腔長(zhǎng)為光波長(zhǎng)量級(jí)，使得自發(fā)輻射模式極大壓縮（壓縮（11），閾值大大降低，獲得超高速響應(yīng)（大于），閾值大大降低，獲得超高速響應(yīng)（大于100Gb/s100Gb/s）。甚至可實(shí)現(xiàn)無(wú)閾值激光器。）。甚至可實(shí)現(xiàn)無(wú)閾值激光器。 微腔微腔LDLD及其二維面陣是一種高效、高密度光及其二維面陣是一種高效、高密度光源，總功耗極低，是超大規(guī)模集成光

36、路器件。源，總功耗極低，是超大規(guī)模集成光路器件。激光器的重要變革激光器的重要變革第62頁(yè)/共94頁(yè)l可調(diào)諧可調(diào)諧LDLD用于用于DWDMDWDM光交換技術(shù)光交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)5-5-7nm7nm范圍范圍連續(xù)連續(xù)調(diào)諧調(diào)諧實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)100n100nm m范范圍波圍波長(zhǎng)調(diào)長(zhǎng)調(diào)諧諧第63頁(yè)/共94頁(yè)l短波長(zhǎng)短波長(zhǎng)LDLD 光存儲(chǔ)、光顯示的需要。光存儲(chǔ)、光顯示的需要。紅光、綠光、藍(lán)光、紫光紅光、綠光、藍(lán)光、紫光LDLD用有機(jī)材料（聚合物）作用有機(jī)材料（聚合物）作LDLD的有源層，的有源層，易得到短波長(zhǎng)易得到短波長(zhǎng)LDLD，是目前的研究熱點(diǎn)。，是目前的研究熱點(diǎn)。l大功率大功率LDLD作為固體激光器、光纖放大器

37、的泵浦光源；作為固體激光器、光纖放大器的泵浦光源；光存儲(chǔ)、光印刷光源；光存儲(chǔ)、光印刷光源；激光加工、激光醫(yī)療激光加工、激光醫(yī)療光源光源產(chǎn)生大功率產(chǎn)生大功率LDLD的途徑：的途徑： 提高單個(gè)提高單個(gè)LDLD的輸出功率；的輸出功率； 發(fā)展列陣發(fā)展列陣LD:LD:一維一維LDLD列陣列陣; ;二維二維LDLD列陣列陣; ;激光棒激光棒 （脈沖）功率可達(dá)幾千乃至幾萬(wàn)瓦。（脈沖）功率可達(dá)幾千乃至幾萬(wàn)瓦。第64頁(yè)/共94頁(yè)l高性能高性能LDLD組件組件適于適于10Gb/s10Gb/s以上速率的以上速率的EAM/LDEAM/LD波長(zhǎng)可選擇的光電集成回路（波長(zhǎng)可選擇的光電集成回路（OEICOEIC） 1.53

38、1.531.61m1.61m范圍的多波長(zhǎng)光源范圍的多波長(zhǎng)光源EAMEAM：電吸收光調(diào)制器。：電吸收光調(diào)制器。EAMEAM與與LDLD集成，集成，實(shí)現(xiàn)光調(diào)制，實(shí)現(xiàn)光調(diào)制，-3dB-3dB帶寬為帶寬為14GH14GHZ Z。含有含有EAMEAM、半導(dǎo)體光放大器（、半導(dǎo)體光放大器（SOASOA）、合波器）、合波器(MMI(MMI）、）、微列陣微列陣DFBDFB激光器，波長(zhǎng)選擇范圍達(dá)激光器，波長(zhǎng)選擇范圍達(dá)45nm45nm。4040個(gè)個(gè)DFBDFB-LDLD波長(zhǎng)等間隔、光強(qiáng)大小一致、波長(zhǎng)等間隔、光強(qiáng)大小一致、每個(gè)集成一個(gè)每個(gè)集成一個(gè)EAMEAM，適用于，適用于DWDMDWDM全光網(wǎng)絡(luò)。全光網(wǎng)絡(luò)。第65頁(yè)

39、/共94頁(yè)1.4.4 1.4.4 光纖激光器光纖激光器一、光纖、光波導(dǎo)一、光纖、光波導(dǎo) 光纖光纖 光導(dǎo)纖維，光光導(dǎo)纖維，光傳輸?shù)耐?，纖芯折射傳輸?shù)耐?，纖芯折射率大于包層，光基于全率大于包層，光基于全內(nèi)反射在纖芯中傳輸。內(nèi)反射在纖芯中傳輸。纖芯中摻入稀土離子纖芯中摻入稀土離子Nd3+、Er3+、Pr3+、Tm3+、Yb3+,有源光纖有源光纖, 光泵浦，激光器的工作物質(zhì)。光泵浦，激光器的工作物質(zhì)。當(dāng)光纖中光強(qiáng)超過(guò)上限，當(dāng)光纖中光強(qiáng)超過(guò)上限，產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)。產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)。鐠(讀音pu、符號(hào)Pr)、.(讀音er、符號(hào)Er)、銩(讀音diu、符號(hào)Tm)、鐿(讀音yi、符號(hào)Yb)、 第66頁(yè)

40、/共94頁(yè) 光波導(dǎo)光波導(dǎo)在光電集成回路中、各種光器件模塊里，在光電集成回路中、各種光器件模塊里，必有光信號(hào)的通路，即光波導(dǎo)。必有光信號(hào)的通路，即光波導(dǎo)。光波導(dǎo)類(lèi)似于光纖的光波導(dǎo)類(lèi)似于光纖的纖芯，其折射率高于纖芯，其折射率高于周?chē)牧希ㄒr底和包周?chē)牧希ㄒr底和包層）。波導(dǎo)截面是幾層）。波導(dǎo)截面是幾微米尺度，用光刻技微米尺度，用光刻技術(shù)制得各種光波導(dǎo)。術(shù)制得各種光波導(dǎo)。Y Y分叉光波導(dǎo)分叉光波導(dǎo)光波導(dǎo)可構(gòu)成光分路光波導(dǎo)可構(gòu)成光分路器、耦合器、干涉器、器、耦合器、干涉器、陣列波導(dǎo)光柵等大量陣列波導(dǎo)光柵等大量光無(wú)源器件。光無(wú)源器件。 向光波導(dǎo)中摻雜，或向光波導(dǎo)中摻雜，或造成非線性光學(xué)效應(yīng)造成非線性光學(xué)

41、效應(yīng)時(shí)，又可制備出多種時(shí)，又可制備出多種光有源器件。光有源器件。第67頁(yè)/共94頁(yè)1. 1. 增益介質(zhì)增益介質(zhì) 光纖基質(zhì)材料：光纖基質(zhì)材料：硅玻璃、氟化物玻璃與石英，視摻雜硅玻璃、氟化物玻璃與石英，視摻雜 元素而選擇；元素而選擇；光纖長(zhǎng)度：光纖長(zhǎng)度：典型值在典型值在0.50.55m5m之間。之間。光增益由摻雜離子決定：光增益由摻雜離子決定：摻摻NdNd3+3+光纖激光器，可在光纖激光器，可在1060nm1060nm等等3 3個(gè)波長(zhǎng)獲得激光。個(gè)波長(zhǎng)獲得激光。 第68頁(yè)/共94頁(yè)摻摻 ErEr3+3+光纖激光器光纖激光器， 輸出輸出1550nm1550nm激光，光纖通信波長(zhǎng)。激光，光纖通信波長(zhǎng)。摻

42、摻TmTm3+3+光纖激光器，光纖激光器， 可輸出可輸出143514351500nm1500nm波長(zhǎng)激光，光纖波長(zhǎng)激光，光纖通信波長(zhǎng)。還可輸出通信波長(zhǎng)。還可輸出170017002100nm2100nm波長(zhǎng)、波長(zhǎng)、810nm810nm波長(zhǎng)激光，用于生物醫(yī)學(xué)、光纖傳感。波長(zhǎng)激光，用于生物醫(yī)學(xué)、光纖傳感。摻摻PrPr3+3+光纖激光器，光纖激光器， 可輸出可輸出129012901315nm1315nm波長(zhǎng)激光，光纖波長(zhǎng)激光，光纖通信波長(zhǎng)。通信波長(zhǎng)。 2.2.諧振腔諧振腔有多種結(jié)構(gòu)：有多種結(jié)構(gòu)： 第69頁(yè)/共94頁(yè)F-PF-P腔腔 將光纖端面拋光，對(duì)端面直接鍍膜成為腔鏡。將光纖端面拋光，對(duì)端面直接鍍膜

43、成為腔鏡。環(huán)形腔環(huán)形腔 光柵諧振腔光柵諧振腔 在增益光纖的兩端熔接光纖布拉格光柵（在增益光纖的兩端熔接光纖布拉格光柵（FBGFBG）而構(gòu)成而構(gòu)成 。第70頁(yè)/共94頁(yè)第71頁(yè)/共94頁(yè)摻摻ErEr3+3+光纖光柵激光器光纖光柵激光器3.3.包層光泵浦包層光泵浦常規(guī)光纖很細(xì)，泵浦光進(jìn)入纖芯不足，激光輸出功常規(guī)光纖很細(xì)，泵浦光進(jìn)入纖芯不足，激光輸出功率小。率小。雙包層光纖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)重要的突破。雙包層光纖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)重要的突破。第72頁(yè)/共94頁(yè)內(nèi)包層直徑在百內(nèi)包層直徑在百mm左右，是泵浦光的導(dǎo)管，有左右，是泵浦光的導(dǎo)管，有大的數(shù)值孔徑（大的數(shù)值孔徑（NANA），可以接收更多的泵浦光），可

44、以接收更多的泵浦光。泵浦光在內(nèi)外包層界面上全反射，反復(fù)穿過(guò)泵浦光在內(nèi)外包層界面上全反射，反復(fù)穿過(guò)纖芯不斷激勵(lì)工作物質(zhì)。泵浦效率大大提高。纖芯不斷激勵(lì)工作物質(zhì)。泵浦效率大大提高。 內(nèi)包層截面設(shè)計(jì)成多種形狀：內(nèi)包層截面設(shè)計(jì)成多種形狀： 矩形和矩形和D D字形截面內(nèi)包層具有字形截面內(nèi)包層具有95%95%的耦合效率的耦合效率, ,光纖激光器已有千瓦、萬(wàn)瓦級(jí)激光輸出。光纖激光器已有千瓦、萬(wàn)瓦級(jí)激光輸出。 第73頁(yè)/共94頁(yè)第74頁(yè)/共94頁(yè)第75頁(yè)/共94頁(yè)3 3光纖激光器和光纖放大器的增益光纖容易與光纖激光器和光纖放大器的增益光纖容易與傳輸光纖耦合。傳輸光纖耦合。4 4光纖激光器和光纖放大器與現(xiàn)有的光

45、纖器件光纖激光器和光纖放大器與現(xiàn)有的光纖器件（如耦合器、偏振器和調(diào)制器）完全相容，可以（如耦合器、偏振器和調(diào)制器）完全相容，可以組成完全由光纖器件構(gòu)成的全光纖傳輸系統(tǒng)。組成完全由光纖器件構(gòu)成的全光纖傳輸系統(tǒng)。5 5光纖激光器可以作為光孤子源，是光孤子通光纖激光器可以作為光孤子源，是光孤子通信的理想光源。信的理想光源。第76頁(yè)/共94頁(yè)第77頁(yè)/共94頁(yè)2.2.雙包層側(cè)面泵浦技術(shù)雙包層側(cè)面泵浦技術(shù)3.3.高可靠性泵浦光源高可靠性泵浦光源 光纖側(cè)面生出許多杈纖，每分杈耦合一個(gè)寬面光纖側(cè)面生出許多杈纖，每分杈耦合一個(gè)寬面多模大功率多模大功率LDLD（100W100W）。）。高功率摻鐿光纖激光器輸出可

46、達(dá)數(shù)萬(wàn)瓦高功率摻鐿光纖激光器輸出可達(dá)數(shù)萬(wàn)瓦, ,比大功率的氣體、固體激光器優(yōu)勢(shì)顯著。比大功率的氣體、固體激光器優(yōu)勢(shì)顯著。第78頁(yè)/共94頁(yè)結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體PNPN結(jié)，無(wú)諧振腔。對(duì)結(jié)，無(wú)諧振腔。對(duì)其正向注入電流，電子與空穴復(fù)合其正向注入電流，電子與空穴復(fù)合發(fā)光，是非相干光。發(fā)光，是非相干光。第79頁(yè)/共94頁(yè) 1962 1962年第一只紅色年第一只紅色LEDLED問(wèn)世，接著是黃色問(wèn)世，接著是黃色、綠色、橙色、綠色、橙色LEDLED，早，早期的期的LEDLED亮度不高。亮度不高。 1993 1993年日本利亞公司的中村秀二研制成功蘭年日本利亞公司的中村秀二研制成功蘭光光LEDLED，是，是

47、LEDLED發(fā)展史上重要的里程碑。發(fā)展史上重要的里程碑。之后，人們發(fā)展了超高亮度的紅、綠、藍(lán)之后，人們發(fā)展了超高亮度的紅、綠、藍(lán)LEDLED。 高發(fā)光效率的白光高發(fā)光效率的白光LEDLED，節(jié)能環(huán)保的照明工程。，節(jié)能環(huán)保的照明工程。第80頁(yè)/共94頁(yè) GaPGaP、GaAsPGaAsP、GaN,GaN,峰值波長(zhǎng)是可見(jiàn)光，峰值波長(zhǎng)是可見(jiàn)光，用于光顯示。用于光顯示。 GaAsGaAs，峰值波長(zhǎng)，峰值波長(zhǎng)867nm867nm，用于光電檢測(cè)。，用于光電檢測(cè)。 InGaAsPInGaAsP，峰值波長(zhǎng)，峰值波長(zhǎng)1.3m1.3m、1.55m,1.55m,用于短距離光纖通信。用于短距離光纖通信。第81頁(yè)/共9

48、4頁(yè)LEDLED采用雙異質(zhì)結(jié)、量子阱結(jié)構(gòu)采用雙異質(zhì)結(jié)、量子阱結(jié)構(gòu)分為：分為：面發(fā)光型面發(fā)光型發(fā)光功率較大發(fā)光功率較大 邊發(fā)光型易與光纖耦合邊發(fā)光型易與光纖耦合面發(fā)光型面發(fā)光型LEDLED的光輸出的光輸出面發(fā)光型面發(fā)光型LEDLED用于光顯示用于光顯示邊發(fā)光型邊發(fā)光型LEDLED用于短距離光纖通信用于短距離光纖通信第82頁(yè)/共94頁(yè)gEh峰c譜線寬度譜線寬度在幾十上百在幾十上百mm。峰為發(fā)光光譜的為發(fā)光光譜的峰值波長(zhǎng)峰值波長(zhǎng)。 l P-I P-I 特性特性I: 10I: 10數(shù)十?dāng)?shù)十mAmAP: P: 幾百幾百WWmWmWP-IP-I特性曲線的線特性曲線的線性區(qū)很寬。性區(qū)很寬。l 光譜特光譜特性

49、性第83頁(yè)/共94頁(yè)l 調(diào)制特性調(diào)制特性 可以直接調(diào)制可以直接調(diào)制 邊發(fā)光型在幾百邊發(fā)光型在幾百M(fèi)HMHZ Z面發(fā)光型在幾十面發(fā)光型在幾十MHMHZ Z調(diào)制帶寬調(diào)制帶寬: LEDLED體積小，壽命長(zhǎng)（可超過(guò)體積小，壽命長(zhǎng)（可超過(guò)1010萬(wàn)小時(shí)），萬(wàn)小時(shí)），耗電少，能與集成電路共電源，使用方便，耗電少，能與集成電路共電源，使用方便，應(yīng)用廣泛。應(yīng)用廣泛。1.5.2 1.5.2 超高亮度超高亮度LEDLED法向強(qiáng)度在法向強(qiáng)度在1000mcd1000mcd以上的紅、綠、藍(lán)以上的紅、綠、藍(lán)LEDLED , ,光效達(dá)光效達(dá)5050100 lm/W100 lm/W。第84頁(yè)/共94頁(yè)一、實(shí)現(xiàn)超高亮度的關(guān)鍵技

50、術(shù)一、實(shí)現(xiàn)超高亮度的關(guān)鍵技術(shù)2 2有源區(qū)采用量子阱有源區(qū)采用量子阱結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。3 3分布布拉格反射分布布拉格反射 （DBRDBR）結(jié)構(gòu)，克服襯）結(jié)構(gòu)，克服襯底吸收。底吸收。4 4出光窗口的紋理結(jié)出光窗口的紋理結(jié)構(gòu)，增加光輸出。構(gòu)，增加光輸出。1 1發(fā)展新的四元合金材料發(fā)展新的四元合金材料AlGaInPAlGaInP、AlGaInNAlGaInN是直接帶隙，帶隙寬度是直接帶隙，帶隙寬度覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)光波段，發(fā)光效率高。覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)光波段，發(fā)光效率高。第85頁(yè)/共94頁(yè)2.2.交通信號(hào)燈交通信號(hào)燈充分發(fā)揮充分發(fā)揮LEDLED色光鮮艷、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、色光鮮艷、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。 大屏幕由大屏幕由2 2R R1 1G G1 1B B構(gòu)成