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常见激光器结构及器件功能介绍 PPT

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半导体激光器ppt课件

半导体激光器ppt课件
Ⅱ、与同质结激光器相比，异质结激光器具有以下优点： 1）阈值电流低，同时阈值电流随温度的变化小； 2）由于界面处的折射率差异，光子被限制在作用区内； 3）能实现室温下的连续振荡。
应用：
半导体激光器应用十分广泛，主要分布在军事、生产和医疗方面：
军事：Ⅰ)激光引信。半导体激光器是唯一能够用于弹上引信的激光器。 Ⅱ)激光制导。它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。 Ⅲ)激光测距。主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域。 Ⅳ)激光雷达。高功率半导体激光器已用于激光雷达系统
目录
CONTENTS
1 基本介绍及发展 2 基本原理及构成
3 主要特性
4 分类、应用及发展前景
基本介绍及发展
高能态电子束>低能态电子束
高能态
低能
态
同频同相
的光发射
同频同相光 谐振腔内多次往返
放大
激光
激光：通过一定的激励方 式，实现非平衡载流子的 粒子数反转，使得高能态 电子束大于低能态电子束， 当处于粒子数反转状态的 大量电子与空穴复合时， 便产生激光。
激光具有很好的方向性和 单色性。用途十分广泛
高功率半导体激光器
① 、1962年9月16日，通用电气公司的罗伯特·霍尔 （Robert Hall） 带领的研究小组展示了砷化镓（GaAs）半导体的红外发射， 首个半 导体激光器的诞生。 ②、70年代，美国贝尔实验室研制出异质结半导体激光器，通过对光 场和载流限制，从而研制出可在室温下连续运转且寿命较长的激光器。 ③、80年代，随着技术提升，出现了量子陷和超晶格等新型半导体激 光器结构； 1983年，波长800nm的单个输出功率已超过100mW，到 了1989年，0.1mm条宽的则达到3.7W的连续输出，转换效率达39%。 ④、90年代在泵浦固体激光器技术推动下，高功率半导体激光器出现 突破进展。。1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线阵 连续波输出功率达121W，转换效率为45%。

激光器认知PPT课件

激光器认知PPT课件

主材料：晶体或玻璃
晶体：1)金属氧化物 Al2O3，氧化钇Y2O3，钇铝石榴石Y3Al5O12 （YAG）。2)铝酸盐、磷酸盐、硅酸盐等晶体：铝酸钇YALO3(YAP)、氟磷酸 钙Ca(PO4)3F等。3) 氟化物晶体：氟化钙CaF2、氟化钡BaF
玻璃：硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐玻璃
（有高的机械强度、高的导热特性）
Er3+-YAG激光器的泵浦效率较低
激光波长2.94um为人体组织的吸收波长， 在激光外科及血管外科上有较大应用前景，
2019/9/19
22
3、钕玻璃激光器
钕玻璃是把Nd2O3掺入到光学玻璃中（硅酸盐、磷酸盐等）制成的。 Nd2O3的参入浓度为1-5%(重量) 钕玻璃的吸收光谱与YAG相似，但吸收带较宽
图5.6
2019/9/19
20
Nd-YAG激光器的特性
1. 连续或脉冲工作方式 2. 脉冲频率：10-100Hz 3. 连续功率输出：10-100w 4. 脉冲输出功率：50mJ—10J 5. 波长: 1.06um，采用非线性晶体倍频，可实现
二倍频：532nm 三倍频：355nm 四倍频：266nm
激光材料：Al2O3 +0.01%…0.5% Cr3+
2E能级分解成二个能级：2A、E，△E=29cm-1 辐射波长：694.3nm和692.9nm
2A和E能级上的粒子数由波尔兹曼分布确定
三能级系统
N2 (2 A) / N2 (E ) 0.87
激光振荡时只有694.3nm的激光输出
2019/9/19
870nm，带宽约30nm 其中750nm、805nm吸收最强
2019/9/19
18
图5.5
四能级系统

其他激光器ppt课件

其他激光器ppt课件
❖ 准分子激光器用于大规模集成电路的激光光刻，已得到亚微 米的分辨率。用于厚度为几十微米的有机薄膜及半导体材料 的微细加工，以及对热敏材料打标记的结果表明，准分子激 光加工边缘整齐，精度较高，对周围材料及基底的热损伤非 常小。
5
准分子激光矫正近视
准分子激光屈光性原位角膜磨镶术－－90年代初 （laser in situ keratomileusis ， LASIK）
准分子激光手术
度数越深越危险！！！
保护眼睛
一个正常人的角膜厚度约在500到600um之间；
角膜基质不能无限制地切削，必须保留一定的安 全厚度，一般公认为410um（至今还无确切的证 据证明），或者说，角膜基质的厚度必须保留 250以上，否则就会出现圆锥角膜 。
圆锥角膜的后果是使视力永远丧失
而每减少100度近视，按照6.5mm的切削直径（ 切削范围）要切削14um的深度。
5.5.1 准分子激光器
4. 准分子激光器的泵浦方式
由于激光上能级寿命很短，为了实现粒子数反转，要求泵浦脉冲上升时间短。 因此要实现有效泵浦，不仅要求有大的泵浦功率，而且要求有快的上升时间。 ➢电子束泵浦:用电子枪产生高能量、上升时间很短的电子束脉冲，将电 子束射向准分子区，对激活介质进行激发。 ①横向泵浦，其电子束进行方向与激光光轴方向垂直。 ②纵向泵浦，其电子束方向与激光光轴平行。 ③同轴电子束泵浦，激光光轴与电子枪的阳极筒、阴极筒同轴。 优点：产生的泵浦脉冲上升时间快，单脉冲能量大，可大面积泵浦。 缺点：要求庞大的电子束源，结构复杂，造价高，制造难度大。
应中释放出来的能量作为激发能。
➢输出的激光波长丰富 工作物质可能是原来参加化学反应的物质的成分，也可能是反应过程
中新形成的原子、分子、离子或不稳定的多原子自由基等。

激光器介绍PPT课件

激光器介绍PPT课件

S
iT
AmpA. /V
Sig. Lock-in Amp. Ref.
D Vds
检测 信号
场
太
效
➢ I-V
赫
应
基
➢ 电导
本 特
➢ 跨导
性
测
试
兹 检 测 特 性 测 试
➢ ITHz-Vg ➢ 响应度 ➢ 等效噪声功率 ➢ 响应频谱 ➢ 响应速度 ➢ 偏振特性
第8页/共74页
测试及优化_无特意设计天线结
构
circuits integrated)
5.3 mA/W or 150 V/W @ 650 GHz
NEP ~ 0.5 nW/Hz0.5
Self-mixing
Panasonic Corp. （ Tohoku University,
Japan (2010)）
68th Device Research Conference
2nd step: :三极子蝶形共振天线器件对比
Photocurrent (nA) Photocurrent (nA)
三极子蝶形共电振学天特线性 +纳米栅
三极子蝶形共光振学天特线性+纳米栅+滤波器
1.8
s1o.6urce
drain
1.8
so1u.6rce
drain
1.4
1.4
1.2
Ohmic
1.0
dG/dV (a.u.) g
0.6
1.2
0.5
G (300 K)
0.4
G (77 K) 0.8
dG/dV (300 K)
0.3
g
dG/dV (77 K)
g
0.2

激光医疗器械介绍 PPT课件

激光医疗器械介绍 PPT课件

10、 光通信：光通信用的激光器差不多全部是半导 体激光器，只有少量的CATV系统采用1310纳米或 1550纳米LD泵浦固体激光器。通信用的激光器主要有 两类：光纤放大器用的泵浦光源和发射机用的信号光 源。1998年，全部激光器在通信领域的销售额高达14 亿美元. 11、 条码扫描：条形码扫描器主要采用半导体激光 器，只有一些老的系统还在使用 He-Ne激光器（大约 30000只/年）。 12、 正在出现的新应用：该领域包括航空、军事、区 域网、计算机应用等。航空和军事又包括商用导航、 军事演习系统、测距仪、卫星和激光冷却等。区域网 包括计算机区域互连网。
医学资料 3
5、 成像记录：成像记录包括商业印刷系统、医用 成像仪器、台式计算机用的打印机、传真机、复印机 等。 6、 遥感应用：遥感应用包括大气化学元素浓度、 空气流动、森林植被调查等的激光测量系统。此外， 还包括采用半导体激光器的自动防撞系统。 7、 检查、测量和控制：这一领域的激光应用在整 个激光应用中所占的份额很小，约为1%，但包含的内 容较多，如用于建筑业和农业的准直激光系统，用于 非破坏测量或机器视觉中激光器。 8、 娱乐：该领域包括激光娱乐、激光束显示、激 光指示器、全息显示。 9、 光存储：用于光存储的激光器大部分是半导体 4 医学资料 激光器。
医学资料 22
激光医疗设备及其应用机理
不同类型的激光治疗范围不同 下面例举几种激光应用:
医学资料
23
宝石激光 系波长6943的单色红光，脉冲 式输出（焦尔级）或连续式输 出（毫瓦级），主要用于治疗 眼科疾病。
医学资料
24
氮分子激光
系波长3371的单色长波紫外光，脉冲输出，功 率0.1～2.0毫焦耳，可用于治疗较表浅的局限 的化脓性炎症，感染创面、头癣、手、足癣、 湿疹、神经性皮炎、皮肤皲裂、结节性痒疹、 白癜风、外耳道疖肿、扁桃腺炎等；也可用做 穴位照射，治疗气管炎、支气管哮喘、神经衰 弱等内科和神经科的病症；此外，氮分子激光 还可做为荧光检查的光源，诊断早期肿瘤。

典型激光器介绍大全(精华版)ppt课件

典型激光器介绍大全(精华版)ppt课件
• 钛蓝宝石（钛宝石，Ti3＋：AL2O3） • Nd:YAG泵浦的Co2+:MgF2激光器。
敏化剂
• 在晶体中除了发光中心的激活离子外，再掺入一种或多种 施主离子，主要作用是吸收激活离子不吸收的光谱能量， 并将吸收到的能量转移给激活离子。
• 双掺或多掺杂晶体生长困难，工艺复杂。
精选PPT课件
27
1、红宝石的基本特性
精选PPT课件
10
氦-镉激光器
以镉金属蒸气为发光物质，主要有两条连续 谱线，即波长为325nm的紫外辐射和441.6nm的蓝 光，典型输出功率分别为1～25mW和1～100mW。主 要应用领域包括活字印刷、血细胞计数、集成电 路芯片检验及激光诱导荧光实验等。
俄罗斯PLASMA公司的氦 镉激光器
精选PPT课件
由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的 激光器。
特点：体积最小、重量最轻，使用寿命长，有 效使用时间超过10万小时。
输出波长范围：紫外、可见、红外 输出功率：mW、W、kW。
精选PPT课件
14
DFB半导体激光器示意图
DBR半导体激光器示意图
精选PPT课件
15
垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）
量子级联激光器(quantum cascade lasers, QCLs)
基于电子在半导体量 子阱中导带子带间跃 迁和声子辅助共振隧 穿原理的新型单极半 导体器件。
精选PPT课件
16
光纤耦合（尾纤型-pigtail package）半导体激 光器件
ProLite型光纤耦合单发射激光器
精选PPT课件
谱线已达数千种 (160nm~4mm)
工作方式：连续运转（大多数）
多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。

常见激光器结构及器件功能介绍

常见激光器结构及器件功能介绍

度匹配，o、e光折射率），而抑制其他频
率的谐波，而获得波长减少一半的激光，
如1064 nm的激光通过ktp倍频晶体后可
获得532 nmA的激光。
7
分类 腔内倍频
Q LBO Nd:YVO4 腔外倍频
Q
Nd:YVO4
A
LBO
8
打标机用到的激光器
CO2激光器，新锐、相干、自制
YAG灯泵浦固体激光器
小孔 半反镜
-
YAG灯泵浦固体激光器
A
11
全反镜
Q头
泵浦头
小孔 半反镜
侧面泵浦激光器
A
12
光纤
准直聚焦系统 全反镜 激光晶体 Q头 半反镜
激光二极管（LD）
端面泵浦激光器
A
13
光纤
耦合系统 全反镜 Yb:YLP 半反镜
激光二极管（LD）
光A 纤激光器
器 灯泵浦 侧面泵浦 端面泵浦
F-θ聚焦镜
A
20
F-θ聚焦镜
■ F-θ聚焦镜是一种可以保证激光焦点始终在工作 台平面上的一种聚焦镜。
■它具有一定的焦深，可以使激光打标机在一定曲面上 进行打标。 ■每一种聚焦镜有各自的焦距，对应不同的打标范围，
各镜头最大的打标范围如下表：
焦距(mm) 100 160 210 254 420 A
头） Q驱：自制，NEOS，GOOCH 振镜:德国SCANLAB 7和SCANLAB10
A
24
EP系列打标机
EP-12和EP-25L
A
25
应用该激光器打标机型
EP-25S(DRACO)和EP-TWIN25S(DRACO)
A
26
绿激光系列

半导体激光器基本结构PPT课件

半导体激光器基本结构PPT课件

发光二极管(LED)的工作原理与激光器(LD)有所 不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐 射光。LED的结构和LD相似，大多是采用双异质结 (DH)结构，把有源层夹在P型和N型限制层中间，不 同的是LED不需要光学谐振腔，没有阈值。发光二极管 有两种类型：一类是正面发光型LED，另一类是侧面发 光型LED，其结构示于图。和正面发光型LED相比，侧 面发光型LED驱动电流较大，输出光功率较小，但由于 光束辐射角较小，与光纤的耦合效率较高，因而入纤光 功率比正面发光型LED大。
第9页/共48页
半导体激光器的主要特性 1. 发射波长和光谱特性 半导体激光器的发射波长取决于导带的电子跃迁到价带时所释放的能
量，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)，由式(3.1)得到 h f=Eg
式中，f=c/λ，f (Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长，c=3×108 m/s为光速，h=6.628×10－34 J·s为普朗克常数，1 eV=1.6×10-19 J，
测器称为光电二极管。光电二极管(PD)把光信号转换为 电信号的功能，是由半导体PN结的光电效应实现的。
第22页/共48页
PIN光电二极管
由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性 区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。为改善器件 的特性，在PN结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导 体(称为I)，这种结构便是常用的PIN光电二极管。
受激辐射。当光通过这种物质时，光强按指数衰减，这种
第3页/共48页
如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光
通过这种物质时，会产生放大作用，这种物质称为激
活物质。N2>N1的分布和正常状态(N1>N2)的分布
相反，所以称为粒子(电子)数反转分布。

新激光ppt课件第三章 典型激光器03

新激光ppt课件第三章 典型激光器03
激光束的空间分布示意图
光谱特性:如图是GaAs激光器的发射光谱。其 中图(a)是低于阈值时的荧光光谱，谱宽一般为 几百埃，图(b)是注入电流达到或大于阈值时的 激光光谱，谱宽达几十埃。
仍比气、
固宽
得多
GaAs激光器的发射光谱
转换效率:
注入式半导体激光器把电功率直接转换为光功 率，转换效率极高。
4.单异质结半导体激光器:
激活区厚度 d 2m 光波导效应
阈值电流密度降低
由于有源区宽度和光波导传输差这两个原因,致 使同质结受激发射的阈值电流密度较高,在室温下,
脉冲工作的典型阈值电流密度达3X104~5X104A/cm2,
而异质结(SH)激光器的阈值电流密度降低至约
8000A/cm2。
在单异质器件中,有源区宽度d值是关键 因素。如图为SH的Jth-d实验曲线。可见它 存在最佳值.这是因为若d值过大,则异质结对 载流子的限制作用减弱;d值太小则在非对称 波导内光波传输的损耗过大。对于 质量好的典型单异质结激光器, d值的范围在2~2.5um之间。 单异质结激光器的Jth虽比 同质结小若干倍,但仍d较高, 所以常与同质结器件一样用 作脉冲器件。这种器件的脉 冲功率可达数十瓦,寿命可 达数万小时以上.
固体的能带
不同的能带之间可以有一定的能量间隔，在这
个间隔范围内电子不能处于稳定状态，实际上形成一
个能级禁区，称为“禁带”。此间距用禁带宽度 Eg
来
衡量。如图说明了电子轨道、能级及能带之间的对应 关系。
电子轨道,能级,和能带
在晶体中，由价电子能级分裂而成的能带 叫做“价带”如某一能带被电子填满，则称之为 “满带”，而在未激发情况下无电子填入的能带 叫做“空带” ，若价带中的电子受激而进入空带，则此 空带称为“导带”，同时，价带上由于价电子激发到导带 后留下一些空着的能级称为“空穴”。

半导体激光器工作原理及基本结构ppt课件

半导体激光器工作原理及基本结构ppt课件
半导体、固体激光器
1
半导体、固体激光器
工作原理及基本结构 器件分类（主要参数） 应用
2
半导体激光器工作原理及结构
半导体激光器按泵浦方式不同，可以分为注入式激光器、光泵激 光器和电子束泵浦激光器。其中注入式激光器是利用同质结构或 异质结将大量的过剩载流子(电子一空穴对)注入激活区以形成集 居数反转。这类激光器由于容易实现电流直接调制输出，因此它 是目前使用最为广泛的一种半导体激光器，所以接下来我们来着 重介绍一下注入式半导体激光器的工作原理。
一定波长的受激光辐射在谐振腔内形成振荡的条件: 腔长=半波长的整数倍 L=m(λ/2n)
7
增益和阈值电流
增益：在注入电流的作用下，激活区受激辐射不断增 强。
损耗：受激辐射在谐振腔中来回反射时的能量损耗。 包括载流子吸收、缺陷散射及端面透射损耗等。
阈值电流：增益等于损耗时的注入电流。
11
半导体激光器的应用
• 在产业技术上的应用：
1. 光纤通信。光纤通信已经成为当代通信技术的主流。半导体激 光器是光纤通信系统的唯一实用化的光源； 2. 光盘存取。半导体激光器已经用于光盘存储器，其最大优点就 是存储信息量很大。采用蓝、绿激光能够大大提高光盘存储密度； 3. 光谱分析。远红外可调谐半导体激光器已经用于环境气体分析， 监测大气污染、汽车尾气等； 4. 光信息处理。半导体激光器已用于光信息处理系统。表面发射 半导体激光器，二维列阵是光并行处理系统的理想光源，可用于 光计算和光神经网络。 5. 激光微细加工。借助于Q开关产生的高能量超短光脉冲，对集 成电路进行切割、打孔等。
3
半导体激光器工作原理及结构
注入式半导体激光器 是一种在电流注入下能够发出相干辐射光（相位相同、
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头） Q驱：自制，NEOS，GOOCH 振镜:德国SCANLAB 7和SCANLAB10
应用该激光器打标机型
EP-25S(DRACO)和EP-TWIN25S(DRACO)
YVO4多种功 率、多种脉宽 端泵激光器
YAG多种功率、多 种脉宽端泵激光器
整
合
绿光多种功率、多 种脉宽端泵激光器
DRACO 激光器平
常见激光器结构及器件功能介绍
基本概念
原子的能态（能级）
跃迁：能态的变化，往低能态跃迁（辐射），往 高能态跃迁（泵浦）
辐射：自发辐射（激光产生的诱因）和受激辐射 （激光放大的基础）
反馈：全反半反镜片的作用（选择与其法线平行、 经过晶体、对应波长的光，即决定什么光能被放 大，选择与竞争）
调Q与脉冲
Q开关
QS27-4S-B-XXn
QS： Q-Switch 缩写 27 ：声光驱动射频频率 MHz ： 4 通光孔径 1.6 2 3 4 5 6.5 8 mm S ：超声波模式 C 偏振 S非偏振 D正交 B ：水接头形式 S B R
XXn：厂家特殊定义的符合
AT1 公制螺纹 未指名 英制螺纹
激光倍频技术原理
激光二极管（LD）
端面泵浦激光器
光纤
耦合系统 全反镜 Yb:YLP 半反镜
激光二极管（LD）
光纤激光器
激光器的主要组成器件
Nd:YAG
Nd:YVO4
泵浦源内部
泵浦头
加长分离镀金腔
金属腔
优点：光束质量好 缺点：成本高，寿命短（相对）
陶瓷腔
优点：寿命长，稳定 缺点：寿命长，稳定（相对）
F-θ聚焦镜
各型号激光器参数
LD Nd:YAG Nd:YVO4
光纤激光器 IPG ,SPI
LD
Yb:YLP
解释打标机主要命名历史原因
侧面泵浦和端面泵浦的区别
泵浦光
泵浦光
激光
主要是泵浦方向的差别
全反镜 Q头
+
反射腔
小孔 半反镜
-
YAG灯泵浦固体激光器
全反镜
Q头
泵浦头
小孔 半反镜
侧面泵浦激光器
光纤
准直聚焦系统 全反镜 激光晶体 Q头 半反镜
4、多参量的输出 复杂的、高要求的应用需要针对性强的激光 输出参量。 “DRACO”作为一个激光器平台， 通过多重冗余设计，可实现不同激光波长、不 同激光功率、不同激光脉宽等的组合输出，最 大限度满足各个行业应用的需要。
激光器外形图
“DRACO”作为一个激光器平台，可根据应用需要灵 活组合不同的光学设计，实现不同波长、不同功率、 不同脉宽的组合输出。为了方便客户选型，制定了如 下型号命名规则：
分类 腔内倍频
Q LBO Nd:YVO4 腔外倍频
Q
Nd:YVO4
LBO
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和
打标机用到的激光器
CO2激光器，新锐、相干、自制
YAG灯泵浦固体激光器
kr lamp Nd:YAG rod
侧面泵浦固体激光器
LD
Nd:YAG rod
端面泵浦固体激光器
F-θ聚焦镜
■ F-θ聚焦镜是一种可以保证激光焦点始终在工作 台平面上的一种聚焦镜。
■它具有一定的焦深，可以使激光打标机在一定曲面上 进行打标。 ■每一种聚焦镜有各自的焦距，对应不同的打标范围，
各镜头最大的打标范围如下表：
Hale Waihona Puke 振镜扩束镜振镜驱动
驱
晶体
光纤 泵浦源
激光驱动 电源
运动控制
参数控制
激光器 电源：快速响应电源，普通电源 控制卡：PCI3000、DCP1000、EMCC 标准控制软件：5.1、5.2、hanscam（双
台
DRACO系列激光器特点概述
1、优异的光束质量 DRACO系列激光器可输 出M2<1.4的高质量光束。
2、极高的激光稳定性 功率不稳定度<±1.5%， 点处理均匀
DRACO系列激光器特点概述
3、可靠的结构设计 DRACO系列激光器先进的冷却、密封设计及 选用德国、美国产的高品质的关键器件。由于 结构设计合理，在更换干燥剂、泵浦二极管， 或调试控制板等激光器维护时非常方便。