第六章发光器件 6.1气体激光器 6.2固体激光器 6.3半导体激光器(LD) 6.4发光二极管(LED) 6.5电子束显示器件 6.6液晶显示器件 6.7等离子体显示 y
1 6.1 气体激光器 6.2 固体激光器 6.3 半导体激光器（LD） 6.4 发光二极管（LED） 6.5 电子束显示器件 6.6 液晶显示器件 6.7 等离子体显示 第六章 发光器件
6.1气体激光器 概述 气体激光器 按工作物质分类固体激光器 半导体激光器等 连续工作激光器 激光器按工作方式分类 脉冲工作激光器 紫外光激光器 按光波长分类可见光激光器 红外光激光器 原子气体激光器 「惰性气体原子 金属原子蒸汽 气体激光器离子气体激光器：利用气体分子或原子的离子能级间跃迁产生激光 分子气体激光器 2
2 6.1 气体激光器 一 概述 ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎩ ⎨ ⎧ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ 红外光激光器 可见光激光器 紫外光激光器 按光波长分类 脉冲工作激光器 连续工作激光器 按工作方式分类 半导体激光器等 固体激光器 气体激光器 按工作物质分类 激光器 ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ⎩ ⎨ ⎧ 分子气体激光器 离子气体激光器：利用气体分子或原子的离子能级间跃迁产生激光 金属原子蒸汽 惰性气体原子 原子气体激光器 气体激光器
概述 1.气体激光器 工作物质：气体或金属蒸汽 泵浦方式：气体放电泵浦，化学泵浦、热泵浦及核泵浦等 2. 固体激光器 工作物质：绝缘晶体或玻璃 泵浦方式：光泵浦激励 3.半导体激光器 工作物质：半导体 泵浦方式：电流注入 特点：体积小、寿命长、输出功率大、效率高 应用：激光通信、光存储、光陀螺、激光打印和测距、激光雷达
3 3. 半导体激光器 工作物质：半导体 泵浦方式：电流注入 特点：体积小、寿命长、输出功率大、效率高 应用：激光通信、光存储、光陀螺、激光打印和测距、激光雷达 一 概述 1. 气体激光器 工作物质：气体或金属蒸汽 泵浦方式：气体放电泵浦，化学泵浦、热泵浦及核泵浦等 2. 固体激光器 工作物质：绝缘晶体或玻璃 泵浦方式：光泵浦激励
二 氨氖激光器 1.结构 全反射镜阳极 阴极 半反射镜 毛细管 套管 贴镜管 内腔式氨氖激光器结构图 4
4 二 氦氖激光器 1. 结构 内腔式氦氖激光器结构图 贴镜管 半反射镜 全反射镜 阳极 阴极 套管 毛细管
二 氦氖激光器 2. 发光机理 He 共振能 Ne 量转移 21So 3S 2 3.39um3P 23S1 10 三5 632.8nm 发射波长： 1.15um 2P 3S2→2P,21=0.6328m 暴 2S2→2P4,元2=1.152m 1S 自发辐射 3S2→3P4,元3=3.39m 母 11S0 11S0 He原子和Ne原子的能级示意图 5
5 He原子和Ne原子的能级示意图 共振能 量转移 1.15um 632.8nm 3.39um 11S 0 21S 0 2 3 S1 He 3S 2S 2 5 2 5 3P 2P 1 4 10 1 4 10 1S 11S 0 Ne 电子碰撞激励 自发辐射 二 氦氖激光器 2. 发光机理 ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ =→ =→ =→ m39.3,33 m152.1,22 m6328.0,23 2 34 2 24 2 14 μλ μλ λ μ PS PS PS 发射波长：
二 氨氖激光器 3.放电参量对输出功率的影响 PHe/PNe-6 26.66Pa 50 112Pa 注：最佳放电电流Im与 对 40 放电毛细管内径d之比 出 0 66.66Pa 约为一常数。 160Pa 率 20 10 200Pa\ 0 20 30 40 50 放电电流(mA) 输出功率与放电电流的关系 6
输出功率与放电电流的关系 6 二 氦氖激光器 3.放电参量对输出功率的影响 注：最佳放电电流Im与 放电毛细管内径d之比 约为一常数。 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 放电电流(mA) 相 对 输 出 功 率 PHe/PNe=6 26.66Pa 112Pa 66.66Pa 160Pa 200Pa
二 氦氖激光器 3.放电参量对输出功率的影响 pd=400~480(Pa'mm)d4mm 输个(mW) (mW) 率 He:Ne=5:1 输出功率 He-Ne=5:1 总气压 分压比 0.511.522.53P(×133Pa 2.5 0P本e 输出功率与总气压的关系 输出功率与氦氖分压比的关系
7 分压比 输 出 功 率 (mW) 2.5 5 10 PHe/PNe 输 出 功 率 (mW) He:Ne=5:1 0.5 1 1.5 2 2.5 3 总气压 P(×133Pa) 输出功率与总气压的关系 输出功率与氦氖分压比的关系 He—Ne=5：1 二 氦氖激光器 3.放电参量对输出功率的影响 pd=400~480(Pa·mm)d4mm
二 氨氖激光器 4.激光器输出功率 Ps-4.7Td2 6×1041 26+Td 最佳透过率： 相对输出功率 0% Tm=VGδ-6 1.7% 最大输出功率： 3.5% Pmm =1,VG- 5% 10%透过率 氦氖激光器输出功率与透过率关系曲线 8
8 4. 激光器输出功率 氦氖激光器输出功率与透过率关系曲线 二 氦氖激光器 ⎥⎦⎤ ⎢⎣⎡ − + × − 1 2 106 4.7 4 2 Tdl TdP δ 总＝ 最佳透过率： 最大输出功率： m GT −= δδ [ ]2 max 出 s GIP −= δ T 5% 10% 0% 3.5% 6% 1.7% 相 对 输 出 功 率 透过率
三 二氧化碳激光器 1. 工作原理 特点：输出功率大、能量转换效率高 C02分子振动类型： 应用：激光加工、医疗、大气通信及军事领域 001 ●○ 1.06um 对称振动 9.6um EV1,0,0)v1=0,1,2.…) 100 020 →●←O●→ 碰撞 碰撞 反对称振动 010 E(0,0,v3)V3=0,1,2.…) 碰撞 000 V2 形变振动 C02分子几个与激光产生有关的振动能级 E0,V2,0)(V2=0,1,2.…) 9
9 1. 工作原理 三 二氧化碳激光器 对称振动 E(v1,0,0)(v1=0,1,2…) CO2分子振动类型： 反对称振动 E(0,0,v3)(v3=0,1,2…) 形变振动 E(0, v2,0) (v2=0,1,2…) v1 v2 v3 001 100 020 010 000 CO2分子几个与激光产生有关的振动能级 1.06um 9.6um 碰撞 碰撞 碰撞 特点：输出功率大、能量转换效率高 应用：激光加工、医疗、大气通信及军事领域
三二氧化碳激光器 2.工作特性 (1)量子效率 激光辐射能量 hv 7= 激励能量 E2 (2) 辅助气体对输出功率的影响 C02:Ne:He:Xe:H2=1:(1.5~2):(6~8):0.5:0.1 总气体与放电管内径关系：pd=266(Pamm) (3)激光器寿命 输出功率减弱为初始值的1/e所对应的时间 主要因素：C0,分子的离解 10
10 三 二氧化碳激光器 2. 工作特性 （1）量子效率 E 2 hv ＝ 激励能量 激光辐射能量 η = （2）辅助气体对输出功率的影响 CO 2：Ne：He：Xe：H2=1：(1.5~2) ：(6~8) ：0.5：0.1 总气体与放电管内径关系：pd=266(Pa·mm) （3）激光器寿命 输出功率减弱为初始值的1/e所对应的时间 主要因素：CO 2分子的离解