第一篇：論文光電子開課題

目錄

引言

第一章 電光調(diào)制的基本理論..............................................1.1 電光調(diào)制..........................................................1.2 電光調(diào)制的物理基礎................................................1.2.1 電光效應的概述................................................1.2.2 線性電光效應..................................................1.2.3 電光效應描述方法..............................................1.3 電光調(diào)制系統(tǒng)的總體設計............................................1.3.1 工作原理......................................................1.3.2 激光器和激光器電源............................................1.3.3 鈮酸鋰電光晶體....1.3.4 信號源........................................................1.4 電光強度調(diào)制......................................................1.5 電光相位調(diào)制......................................................1.6 電光調(diào)制的發(fā)展和應用.............................................1.6.1 電光調(diào)制技術的發(fā)展...........................................1.6.2 電光調(diào)制及其應用.............................................第二章 縱向電光強度調(diào)制.....................................2.1 強度調(diào)制.........................................................2.2 縱向電光強度調(diào)制原理.............................................2.2.1 工作原理.....................................................2.2.2 調(diào)制信號很弱時分析...........................................2.3 防止輸出光強畸變的方法...........................................2.3.1 加直流電壓...................................................2.3.2 在光路中加以1/4波片.........................................2.4 KDP晶體縱向強度調(diào)制.............................................2.5 縱向調(diào)制的特點及注意點...........................................第三章 橫向電光強度調(diào)制...............................................3.1 調(diào)制原理.........................................................3.1.1 以KDP類晶體為例分析.........................................3.1.2 以3LiTaO晶體為例分析........................................3.2 LN(3LiNbO)晶體的橫向運用........................................3.3 橫向電光調(diào)制的均勻性.............................................3.3.1 折射率橢球模型...............................................3.3.2 調(diào)制均勻性...................................................3.4 橫向電光強度調(diào)制應用.............................................3.4.1 通信用高功率高速率3LiNbO電光調(diào)制器..........................3.4.2 立方氮化硼橫向電光調(diào)制半波電壓的測量.........................結(jié)論..................................................................參考文獻..............................................................引言

世紀更替，隨著科學技術的不斷發(fā)展，經(jīng)濟全球化和社會信息化趨勢日益明顯。以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務量呈井噴式增長，加上新型業(yè)務不斷涌現(xiàn)，導致人們對通信的帶寬需求越來越巨大，全球通信網(wǎng)絡主導業(yè)務也正在由以話音業(yè)務為中心向以數(shù)據(jù)業(yè)務為中心過渡。與此同時，網(wǎng)絡體系架構也正在向高速大容量服務方向飛速發(fā)展，追使電信運營商和通信研究人員不斷尋找新的技術發(fā)展思路。當電子設備逐步達到其物理極限時，以光纖為傳播媒質(zhì)的時分復用和波分復用等技術以其獨有的技術優(yōu)勢和多波長特性，吸引著人們越來越多的眼光，展示著巨大潛力和光輝前景。

光傳輸系統(tǒng)的光源從最初的第一代的系統(tǒng)(大約在70年代)中所用的850nm范圍內(nèi)的LED發(fā)展到我們現(xiàn)在所使用的半導體激光器，而它還在進一步發(fā)展。除了一些短程的和低速的系統(tǒng)的應用外幾乎所有的光傳輸系統(tǒng)都使用半導體激光器作為光源。但是要實現(xiàn)光通信，除了要有良好的光源和傳輸介質(zhì)以外，還要有良好的技術對傳輸系統(tǒng)光源進行光頻載波調(diào)制。所謂光調(diào)制，是指改變光波的振幅、強度、頻率、相位、偏振等參數(shù)使之攜帶信息的過程。光調(diào)制除了在光通信方面必不可少外，它在光信息處理、光學測量以及光脈沖發(fā)生與控制等許多方面起著越來越重要的作用。

實現(xiàn)光調(diào)制的方法很多，按其調(diào)制機理的不同可劃分為激勵功率調(diào)制、吸收調(diào)制、頻譜調(diào)制、機光調(diào)制和電光調(diào)制等，各種調(diào)制機理對應的調(diào)制方式也常有不同。光調(diào)制還有另外一種分類方法，平常我們所說的內(nèi)、外調(diào)制，是指將調(diào)制器件置于激光腔內(nèi)、腔外而言；所謂直接調(diào)制，是指不用調(diào)制器件，直接調(diào)制激光器激勵源而言。電光調(diào)制是光頻調(diào)制諸方法中最重要的方法之一，電光調(diào)制的物理基礎是電光效應，所謂電光效應是指晶體光學折射率因外加電場而發(fā)生變化的一種效應。人們根據(jù)其特點將這種效應分為兩類。電光調(diào)制器除了作為一種關鍵器件已被應用于高速光纖通信網(wǎng)絡，此外它還被用于光纖傳感器、光譜展寬、電光開關、光纖陀螺、電壓測型以及光波偏振態(tài)測量叫等方面。電光調(diào)制光標記法也是利用電光晶體的電光效應實現(xiàn)光標記的產(chǎn)生，利用光的干涉原理來實現(xiàn)光標記的提取。因此本論文主要講述電光調(diào)制的物理基礎即電光效應和電光調(diào)制兩方面來分析和講述。

第一章 電光調(diào)制的基本理論

1.1 電光調(diào)制

實際上，不僅可以在晶體上加直流電壓，而且也可以加交流電壓。當電壓為交變調(diào)制信號時，晶體中相應的要形成交流電場，從而晶體的折射率也將隨著信號頻率而交替地變化。當光波通過折射率變化的晶體時，出射光的強度也可能隨調(diào)制信號而變化，或者出射光的位相載有調(diào)制信號的信息。具有前者特性的光學裝置稱為電光強度調(diào)制器，后者稱為電光相位調(diào)制器。

電光調(diào)制是利用某些晶體材料在外加電場作用下折射率發(fā)生變化的電光效應而進行工作的。根據(jù)加在晶體上電場的方向與光束在晶體中傳播的方向不同，可分為縱向調(diào)制和橫向調(diào)制。電場方向與光的傳播方向平行，稱為縱向電光調(diào)制；電場方向與光的傳播方向垂直，稱為橫向電光調(diào)制。橫向電光調(diào)制的優(yōu)點是半波電壓低、驅(qū)動功率小，應用較為廣泛。

沿Z方向加電場，通光方向沿感應主軸'y方向，經(jīng)起偏器后光的振動方向與Z軸的夾角為45°。光進入晶體后，將分解為沿'X和Z方向振動的兩個分量，兩者之間的折射率之差為)()(21xnxn?，假定通光方向上的晶體長度為l，厚度為d（即兩級之間的距離），則外加電壓為dEVz?時，從晶體出射的兩光束的相位差為：

])1(21)[(263200Vd nlnne??? ?? ?

（1-1）由上式可以看出，只要晶體和通過波長?確定之后，相位差??的大小取決于外加電壓V，改變外加電壓V就能使相位差??隨電壓V成比例變化。

1.2 電光調(diào)制的物理基礎

電光調(diào)制的物理基礎是電光效應。所謂電光效應是指某些介質(zhì)的折射率在外加電場的作用下而發(fā)生變化的一種現(xiàn)象。一般可表示為：

20bEaEnn??

（1-2）

式中，n，b為電光系數(shù)，0n為未加電場時的折射率，aE為線性電光效應(普克耳斯效

第二篇：光電子技術(論文)

光電子技術是繼微電子技術之后近30年來迅猛發(fā)展的綜合性高新技術。1962年半導體激光器的誕生是近代科學技術史上一個重大事件。經(jīng)歷十多年的初期探索，從70年代后期起，隨著半導體光電子器件和硅基光導纖維兩大基礎元件在原理和制造工藝上的突破，光子技術與電子技術開始結(jié)合并形成了具有強大生命力的信息光電子技術和產(chǎn)業(yè)。

光電子技術是一個比較龐大的體系，它包括信息傳輸，如光纖通信、空間和海底光通信等；信息處理，如計算機光互連、光計算、光交換等；信息獲取，如光學傳感和遙感、光纖傳感等；信息存儲，如光盤、全息存儲技術等；信息顯示，如大屏幕平板顯示、激光打印和印刷等。其中信息光電子技術是光電子學領域中最為活躍的分支。在信息技術發(fā)展過程中，電子作為信息的載體作出了巨大的貢獻。但它也在速率、容量和空間相容性等方面受到嚴峻的挑戰(zhàn)。采用光子作為信息的載體，其響應速度可達到飛秒量級、比電子快三個數(shù)量級以上，加之光子的高度并行處理能力，不存在電磁串擾和路徑延遲等缺點，使其具有超出電子的信息容量與處理速度的潛力。充分地綜合利用電子和光子兩大微觀信息載體各自的優(yōu)點，必將大大改善電子通信設備、電子計算機和電子儀器的性能。

如果說微電子技術推動了以計算機,因特網(wǎng),光纖通信等為代表的信息技術的高速 發(fā)展,改變了人們的生活方式,使得知識 經(jīng)濟 初見端倪,那么隨著信息技術的發(fā)展,大容 量光纖通信 網(wǎng)絡 的建設,光電子技術將起到越來越重要的作用.美國商務部指出: “90 年 代, 全世界的光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得多的速度發(fā)展, 誰在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動權, 誰就將在 21 世紀的尖端科技較量中奪魁”.日本《呼聲》月刊也有類似的評論: “21 世紀具 有代表意義 的主導產(chǎn)業(yè),第一是光電子產(chǎn)業(yè),第二是信息通信產(chǎn)業(yè),第三是健康和福利產(chǎn) 業(yè)……” ,可以斷言,光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類 科學 技術的革命.1 世界光電子技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 光纖通信技術的發(fā)展速度遠遠超過當初人們的預料, 光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒 介,現(xiàn)在世界上大約有 60%的通信業(yè)務經(jīng)光纖傳輸,到 20 世紀末將達到 85%,但從目前光 纖通信的整體水平來看, 仍處于初級階段, 光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發(fā)出來.目前, 各種新技術層出不窮,密集波分復用技術(DWDM,在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光 信號,以提高單根光纖的傳輸能力),摻鉺光纖放大器技術(EDFA,可將光信號直接放大, 具有輸出功率高,噪聲小,增益帶寬等優(yōu)點)已取得突破性進展并得到廣泛的應用.現(xiàn)在 DWDM 系統(tǒng)和光傳輸設備中,光電技術的比例將從過去比重不到 10%達到 90%.一種全新 的,無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信” ,由于波分復用技術和摻鉺光纖放 大器技術的進展,也日趨成熟,將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統(tǒng)上首次使用,給全球的 通信業(yè)帶來蓬勃生機.為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件.光電子器件和技術已 形成一個快速增長的,巨大的光電子產(chǎn)業(yè),對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著越來越大的作用.美國光 電子產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會估計,到 2003 年,光電子產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將達 2000 億美元.Internet 應用的飛速增長對電信骨干網(wǎng)帶寬提出越來越高的需求,為滿足需求的增長, 人們可以鋪設更多的光纖,或靠提高單路光的信息運載量(現(xiàn)在主干網(wǎng)可以分別工作在 2.5Gbps 和 10Gbps, 并已有 40Gbps 的演示性設備)但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復用技.術,增加光纖內(nèi)通光的路數(shù)(光波分復用的實驗記錄已經(jīng)達到 2.64Tbps).報告稱雖然 10 年內(nèi)全光通信還不會全面商業(yè)化,但是全光交換將在幾年內(nèi)成為市場主流,報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據(jù),但仍有創(chuàng)新性公司進入的可能.2 我國的光電子技術和產(chǎn)業(yè)近10 年來我國光電子技術研究在國家 “863” 計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的 進展,在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離,個別領域還處于世界領先地位.國內(nèi)光 電子 有關產(chǎn)業(yè)基地在光電子器件,部件和子系統(tǒng)(如激光器,探測器,光收 發(fā)模塊,EDFA,無源光器件)等已經(jīng)占領了國內(nèi)較大的市場份額,初步具備同國外大公司 競爭的能力,在毫無市場保護的情況下,靠自己的力量爭得了一席之地,市場營銷逐年有較 大的增長, 個別產(chǎn)品還取得國際市場相關產(chǎn)品中的銷量最大的成績.我國相應研究 發(fā)展 基 地和本領域高 技術公司的許多產(chǎn)品填補了國內(nèi)相關產(chǎn)品的空白,打破國外產(chǎn)品在市場上的 壟斷地位,同時爭取進入國際市場.中國盟摻鉺光纖放大器(EDFA)是高速大容量光纖通信系統(tǒng)必需的關鍵部件,國內(nèi) 企業(yè) 產(chǎn) 品占國內(nèi)市場 40%的份額.我國也是目前國際上少數(shù)幾個有能力研制 PIC 和 OEIC 的國家.808nm 大功率激 光器及其泵浦的固體綠光激光器, 670nm 紅光激光器已產(chǎn)品化和商品化并 批量占領國際市場.國內(nèi)移動通信的光纖直放站所用的光電器件,90%使用國產(chǎn)器件,國 產(chǎn) 1.55mDFB 激光器 戰(zhàn)勝了國外器件,占領了 100%的國內(nèi)市場.但是,我們應當認識到在我國光電子技術發(fā)展中,光電子器件,部件雖是光通信,光顯 示,光存儲等高技術產(chǎn)業(yè)的關鍵部分,但在整個系統(tǒng)和設備成本中所占的比重較小,其產(chǎn)值 較低,目前科研開發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產(chǎn)階段,光電子產(chǎn)業(yè)所需的規(guī)模化,產(chǎn)業(yè)化生 產(chǎn)技術目前還未有實質(zhì)突破;國內(nèi)研究生產(chǎn)的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和 系統(tǒng)的要求,導致國外器件占據(jù)國內(nèi)市場相當多的份額;在機制上仍未擺脫科研,生產(chǎn),市 場相互脫離的狀況.我國在光電子技術方面是與國際水平差距相對較小的一個領域, 與世界發(fā)達國家?guī)缀跬?時起步.但是我們應該清醒地認識到我國制造技術的落后和材料水平有限, 而國際上光電子 產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入加速發(fā)展階段, 留給我們的時間只有三到五年, 如果我們不在目前產(chǎn)業(yè)化的技 術發(fā)展階段進入,就會失去大好時機.機不可失,時不再來,到產(chǎn)業(yè)化后期時將要花數(shù)倍的 力量才能彌補,也許會徹底失去時機,受制于人.如果一個國家在一代元件上沒有足夠的投資以發(fā)展自主能力, 就會給外國競爭者提供進 入并占領下幾代技術市場的機會.因而在關鍵器件,部件等方面,要通過引進社會資金和風 險投資,知識產(chǎn)權入股,開發(fā)人員持股等方式加快我國光電子成果的產(chǎn)業(yè)化步伐,鼓勵科研 人員成果轉(zhuǎn)化.只要貫徹有“有所為,有所不為”的方針,狠抓創(chuàng)新和高技術成果轉(zhuǎn)化,打破 行業(yè)界限,按市場機制聯(lián)合國內(nèi)相關研究和開發(fā)單位,共同作好光電子產(chǎn)業(yè)化的工作,就一 定能發(fā)展我國的光電子事業(yè),有望在研究上取得突破,在產(chǎn)業(yè)上形成規(guī)模 經(jīng)濟 ,取得我國 在該領域應有的市場份額.1

第三篇：光電子技術論文

新型光電子器件概述

【摘要】本文主要論述了一些新型光電子器件及其發(fā)展方向 【關鍵詞】： 新型光電子器件 發(fā)展方向 應用

【前言】所謂光電子器件，廣義上講是指通過以光電互相轉(zhuǎn)換為主要形式的光效應完成信息或能量轉(zhuǎn)換的功能性器件它是光電系統(tǒng)及其應用的基礎它是光學和光電子學與其應用之間以及與其它學科之間聯(lián)系的重要紐帶因此它對光學和光電子以及相關學科的發(fā)展起著關鍵性促進作用。光電子器件的種類有很多，本文重點論述了納米光電子器件、光通信光電子器件、光顯示用光電子器件等

1、納米光電子器件： 1.1紫外納米激光器

繼微型激光器、微碟激光器、微環(huán)激光器、量子雪崩激光器問世之后，美國加利福尼亞伯克利大學的化學家楊佩東及其同事制作成室溫納米激光器。它在光激勵下，發(fā)射線寬小于0．3nm，波長385nm的激光。這種氧化鋅(ZnO)納米激光器被認為時世界上最小的激光器，也是納米技術的首批實際器件之一。由于能制作高密度納米線陣列，所以ZnO納米激光器能開發(fā)許多今天的GaAs器件不可能涉及的應用領域。這種短波長納米激光器可應用于光計算、信息存儲和納米分析領域。

1.2 微型激光器

2010年左右，蝕刻到半導體上線條的寬度將窄到100nm以下。在這些電路中穿行的將只有少數(shù)幾個電子，因此增加一個或者減少一個電子都會造成很大差異，這就明確地把片制造商放到了量子世界中。

1.3量子阱激光器

由直徑小于20rim的一堆堆物質(zhì)構成或者相當于60個硅原子排成一串的長度的量子點，可以控制非常小的電子群的運動而不與怪異的量子效應沖突。量子阱激光器是由兩層其他材料夾著一層超薄的半導體材料制成的。處在中間的電子被圈在一個量子平原上，只能夠在兩堆空間中移動。這使得為產(chǎn)生激光而向這些電子注入能量變得容易一些。其結(jié)果是，用較少的能量可以產(chǎn)生較多的激光。1.4量子點激光器

科學家們希望用量子點方法代替量子線方法來獲得更大的收獲，但是研究人員已制成的量子點激光器卻不盡人意。原因是多方面的，包括制造一些大小幾乎完全相同的電子群有困難。大多數(shù)量子裝置要在極低的溫度條件下工作。甚至微小的熱量也會使電子變得難以控制，并且陷入量子效應的困境。但是，最近已制成可在室溫下工作的單電子晶體管。不過很多問題仍有待解決。因此，大多數(shù)科學家正在努力研制全新的方法，而不是試圖仿照目前的計算機設計量子裝置。

專家預言，有朝一日數(shù)以十億計的量子點可能會堆在平常傳統(tǒng)的硅片上，這有望成為一臺尖端的超級計算機。這一前景使得量子點激光器成為最熱門的研究開發(fā)課題。1.5 微碟激光器

微碟激光器是貝爾實驗室的Richart E．Slusber及其同事們開發(fā)出來的。運用先進的腐蝕工藝，刻出了直徑只有幾微米、厚度只有l(wèi)OOnm的極薄的微碟。這些半導體碟的周圍是空氣，下面靠一個微小的底座支撐(類似于制造計算機芯片 時使用的光刻技術)。由于半導體和空氣的折射率相差很大，微碟內(nèi)產(chǎn)生的光在此結(jié)構內(nèi)發(fā)射，直到所產(chǎn)生的光波積累足夠多的能量后，沿著它的邊緣掠射出去，這種激光器工作效率很高、能量閾值很低，工作時只需大約100llA的電 流。微控激光器時當代半導體研究領域的熱點之一，半導體激光器的應用覆蓋了整個光電子學領域。已成為當今光電子科學的核心技術。憂郁半導體激光器陣列在軍事領域的重要作用，該類激光器陣列在工業(yè)、醫(yī)療、信息顯示等領域具有廣泛的應用前景，也可以用于軍事上的跟蹤、制導、武器模擬、點火引爆、雷達等諸多方面。

長春光學精密機械學院高功率半導體激光國家重點實驗室和中國科學院北京半導體研究所制成了InGaAs／InGaAsP多量子阱碟狀微控激光器。長春光機與物理所的科技人員在國內(nèi)首次研制出直徑分別為8IJm，4．5lJm和2 um的光泵浦 InGaAs／InGaAsP微碟激光器，其中2 ll m直徑的微碟激光器在77K溫度下激射闕值功率為5lI W，是目前國際上報道的最好水平；他們還在國際上首次研制出帶有引出電極結(jié)構的電泵。1.6新型納米激光器

這種新型激光器實際上是以半導體硫化鎘為原料制成的納米線，直徑僅一萬分之一毫米。研究人員將硫化鎘納米線安裝在涂有硅材料的基底上，制成一個回路。接通電源后，研究人員觀察到，在一定電壓下，電流通過硅材料流向硫化鎘納米線，納米線的另一端隨即發(fā)出藍綠色的光。隨著電流強度增大，光的顏色變得單一。波長也相當短。由于白熾燈泡和二極管發(fā)出的光波長都很好，因此研究人員斷定硫化鎘納米線發(fā)出的光是激光。新型納米激光器的技術關鍵就在于，它具備電子自動開關的性能，無需借助外力激活。由于光纖激光技術目前廣泛應用于信息通訊領域，這一新的技術成果無疑會使納米激光 器的實用性大為增強。

2、光通信光電子器件

光纖通信作為當今世界走向信息社會的重要支柱產(chǎn)業(yè)，隨著信息網(wǎng)絡化的發(fā)展，對傳輸容量的要求不斷提高，密集波分復用技術與時分復用技術的結(jié)合，已成為光纖通信發(fā)展的主流技術。

F—P腔1.3um半導體激光器已成為常規(guī)商品，正在想可靠性低價位方向發(fā)展。在1.55umDFB激光器與1.3um大功率高線性度DFB激光分別在高速大容量光纖通信和CATV中得到廣泛應用，特別的是用作

DWDM的光源DFB激光器，在同一芯片上的多波長DFB-LD光源也在發(fā)展中。還應該提到的是，GaALInas激光器的發(fā)展使器件的溫度特性得到很大的改善，目前溫度特性已經(jīng)達到125k。

3、光顯示用光電子器件

顯示技術是光電子技術應用范圍最廣產(chǎn)值最大的一個領域而半 導體發(fā)光二極管則是光顯示技術中最活躍的分支。

近年來AlGaInP材料的應用可以制備出重650nm到560nm的紅、橙、綠LED。在最求顯示的完美境界---全色顯示中，長期以來受干擾的是藍光的缺失。從禁帶能量相宜而入選的材料有ZnSSe系和GaN系材料，前者在P-摻雜和降低位錯方面有重大突破，但是因為可靠性問題而終難實現(xiàn)。后者則發(fā)展迅速，主要技術突破有岑迪的選擇、雙流生長MOCVD技術、超晶格緩沖層、橫向外延OVERGROWTH等.4、其他

除了上面提到的光電子器件意外，還有很多其他種類的光電子器件，如新型光電存儲器、新型光電探測器、光學計算機、二維平板光子晶體、電驅(qū)動量子點單光子發(fā)射器件等

【結(jié)論】新型光電子器件的種類非常的多、其應用領域時分廣泛，潛力巨大。未來光電子器件將向著低功率、高效率、高集成度、高可靠性等方向發(fā)展。

參考文獻：

【1】 干福熹 光盤存儲技術、應用及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 激光與光電子學進展 1955年第4期

【2】 董孝義 呂學身 光電子器件的發(fā)展 光電子.激光 1990年4月 【3】 張瑞華 光電子技術及光電子器件的趨勢 MSN 【4】 量子點光電子器件及其研究進展 彭英才 ZHAO Xiaowei 馬蕾 固體電子學研究與進展 2008年 第26卷 第2期

【5】 陳良惠 光電子器件大聚焦 光電子器件 1999年12月

第四篇：光電子總結(jié)

周口師范學院2013~2014學第二學期期末考試

《光電子學基礎 》試卷

物理與機電工程學院 光電子技術科學專業(yè) 李潔 201105100039

激光器的種類和應用

激光器的種類

按功率分:超大功率、大功率、中功率、小功率激光器.按輸出激光連續(xù)性狀況分：連續(xù)激光器、脈沖激光器；按泵浦方法分：光泵浦激光器、電泵浦激光器等。一般按激光工作物質(zhì)的類型來劃分:氣體.液體.固體.半導體激光器

氣體激光器

以氣體為工作物質(zhì)的激光器。

目前應用最廣泛的一類激光器：小功率He-Ne激光器，大功率二氧化碳激光器等。大多數(shù)能連續(xù)工作，激勵過程中涉及能級較固定，采用氣體放電中的電子碰撞激發(fā)。根據(jù)能級躍遷類型，又分為原子、離子、分子、準分子型氣體激光器。

1.原子氣體激光器

工作物質(zhì)：中性氣體原子。

典型代表：He-Ne激光器。其激活介質(zhì)按He:Ne=1:10填充，氖提供激光躍遷能級

2.離子氣體激光器

工作物質(zhì)：離子氣體。

輸出波長：大多在紫外和可見光區(qū)域，輸出功率比原子氣體激光器高。

3.分子氣體激光器

工作物質(zhì)：中性氣體分子的激光器。

代表: CO2激光器，其能級與分子的振動和轉(zhuǎn)動有關。充氣：

又可分為直流放電型、橫向放電大氣壓(TEA)型和波導型

4.準分子激光器

工作物質(zhì)：稀有氣體或稀有氣體與鹵素氣體的混合氣體，液體激光器

激光工作物質(zhì)：液體。

可分為無機液體激光器和有機液體激光器。染料激光器最有代表性，典型例子：若丹明6G染料激光器。

固體激光器

激光工作物質(zhì)：生長期間人為摻入雜質(zhì)原子的晶體。

特點：體積小，結(jié)構穩(wěn)，易維護，輸出功率大且適于調(diào)Q產(chǎn)生高功率脈沖、鎖模產(chǎn)生超短脈沖

典型例子：紅寶石激光器、Nd:YAG（摻釹的釔鋁石榴石激光器）、鈦藍寶石激光器等。半導體激光器

工作物質(zhì)：半導體材料（主要是化合物半導體）

泵浦：電流注入

激光器的應用

繼固體激光器后, 氣體激光器、化學激光器、染料激光器、原子激光器、離子激光器、半導體激光器、X 射線激光器和光纖激光器相繼問世, 運用范疇也擴展到比如電子、輕工、包裝、禮物、小五金工業(yè)、醫(yī)療器械、汽車、機械制作、鋼鐵、冶金、石油等, 為傳統(tǒng)工業(yè)的技能改造和制作業(yè)的現(xiàn)代化供給領先的技能裝備。

激光與通常光對比有4個特性即: 單色性(單一波長)、相干性、方向性和高光強。激光束易于傳輸, 其時刻特性和空間特功用夠別離操控, 經(jīng)集合后可得到極小的光斑, 具有極高功率密度的激光光束能夠熔化、氣化任何資料, 也可對資料的有些區(qū)域進行精細疾速加工。加工過程中輸入工件的熱量小,熱影響區(qū)和熱變形小;加工功率高;易于完成自動化。激光技能是一門歸納性高新技能, 觸及光學、機械學、電子學等學科。一樣, 激光加工設備也觸及到很多學科, 因此決議了它的高科技性和高收益率。縱觀世界和國內(nèi)激光運用狀況經(jīng)過多年的研討開發(fā)和完善, 今世的激光器和激光加工技能與設備已適當老練, 形成了系列激光加工技能。

我們來介紹激光加工技能在金屬切開、焊接方面的運用狀況。激光切開的特色及運用

激光切開是當時各國運用最多的激光加工技能, 在國外許多范疇, 例如, 汽車制作業(yè)和機床制作業(yè)都選用激光切開進行鈑金零部件的加工。跟著大功率激光器光束質(zhì)量的不斷提高, 激光切開的加工目標規(guī)劃將愈加廣泛, 簡直包含了一切的金屬和非金屬資料。例如能夠運用激光對高硬度、高脆性、高熔點的資料進行形狀雜亂的三維立體零件切開, 這也正是激光切開的優(yōu)勢地點。

激光切開的幾項關鍵技能是光、機、電一體化的歸納技能。激光光束的參數(shù)、機器與數(shù)控體系的功用和精度都直接影響激光切開的功率和質(zhì)量。激光切開的精準度、功率和質(zhì)量因不一樣的參數(shù)而改動, 如切開功率、速度、頻率、資料厚度及原料等, 故操作人員的豐厚經(jīng)歷特別重要。

激光切開的首要長處

(1)切開質(zhì)量好: 切斷寬度窄，精度高、切斷外表粗糙度好, 切縫通常不需求二次加工即可焊接。

(2)切開速度快, 例如選用2kW激光功率, 厚度8mm的碳鋼切開速度為1.6m/min;厚度2mm的不銹鋼切開速度為3.5m/min, 熱影響區(qū)小, 變形極小。

(3)清洗、安全、無污染, 大大改進了操作人員的作業(yè)環(huán)境。

激光切開歸于非觸摸光學熱加工, 被譽為“永不磨損的全能東西”。工件能夠進行恣意方法的嚴密排料或套裁, 使原資料得到充分運用。因為對錯觸摸加工, 加工后的零件的歪曲表象降至最低并減少了磨損量。

其實激光切開亦有其不足之處, 就精度和切斷外表粗度而言, 激光切開未能超越電加工, 就切開厚度而言難以達到火焰和等離子切開的水準。別的它亦不能像轉(zhuǎn)塔沖床一樣進行成型、攻牙及折邊等。

激光切開的典型運用汽車范疇的運用

領先的三維激光設備, 不光能夠完成車體零件的切開, 還可完成整個轎車車身全體的切開、焊接、熱處理、熔覆、乃至三維丈量, 然后完成慣例加工無法完成的技能需求。德國通快公司的三維激光設備在奔、通用公司、福特公司、雷諾公司、SKODA公司、歐寶公司、SAAB公司、VOLVO公司和戴姆勒一克萊斯勒公司成功地運用多年。航空范疇的廣泛運用

世界上很多的航空發(fā)動機公司選用三維激光設備進行燃燒器段的高溫合金資料的切開和打孔使命, 在軍用和民用航空器的鋁合金資料或特別資料的激光切開都獲得了成功。

2.激光焊接的特色及運用

激光焊接是一種高速度、非觸摸、變形極小的焊接方法, 十分合適很多而接連的在線加工。跟著激光設備和加工技能的開展, 激光焊接才能也在不斷增強。當前, 運用4kW的C02激光器焊接1mm的板材, 焊接速度高達20m/min, 例如, 汽車職業(yè)的轎車箱底的大板拼接焊接作業(yè)等。激光焊接的方法首要有傳導焊和穿透焊2 種。當前全球的激光運用首要以穿透焊為主。近些年來, 高功率萬瓦級激光器在機械、汽車、鋼鐵等工業(yè)部門獲得了日益廣泛的運用。

激光焊接機與其他焊接技能對比, 首要長處是:

(1)激光焊接速度快, 焊縫深寬比很大(可達5~10), 變形小。

(2)合適于精細件、箱體件和有密封需求焊接件的加工。激光束經(jīng)集合后可獲得很小的光斑, 能精細定位, 可運用于大批量自動化出產(chǎn), 不只出產(chǎn)功率大大提高, 且熱影響區(qū)小, 焊點無污染, 大大提高了焊接的質(zhì)量。

(3)激光焊縫機械功用好, 通常焊縫的機械功用均強于母材。

激光焊接的典型運用激光焊接汽車用大板拼接的運用

為了滿意汽車職業(yè)對寬幅鋼板和特別功用鋼板的需求, 經(jīng)過激光焊接進行大板拼接, 滿意汽車廠大型三維功用沖壓件的需求。全球汽車制作商都已完成此類部件的激光焊接運用。例如, 奔馳、寶馬、通用、豐田、歐寶SAAB、戴姆勒一克萊斯勒等很多公司都早已運用。能夠把1m寬的冷軋鋼板, 經(jīng)過激光焊接, 拼成2m 寬的鋼板。激光焊接在齒輪加工方面的運用

激光焊接齒輪的技能從根本上改動了傳統(tǒng)的描繪和制作理念, 為齒輪箱體類部件的加工供給了非常好的經(jīng)濟性和更為緊湊的布局。運用激光焊接齒輪技能, 需求先加工整個環(huán)狀長齒圈, 然后截成若干個齒圈, 再別離依據(jù)齒輪箱的需求焊在傳動軸上

激光加工技能已在很多范疇得到廣泛運用, 跟著激光加工技能、設備、技能研討的不斷深入, 將具有更寬廣的運用遠景。

第五篇：光電子技術

光電子技術

1.世界上第一臺激光器，由修斯研究室的梅曼研制，并最終在1960年成功運轉(zhuǎn)。（紅寶石激光器）

2.黑體：能夠完全吸收任何波長的電磁輻射。

3.躍遷：原子中的電子在特定的軌道上運動，并具有能量，各能量級能量不連續(xù)，當原子從某一能級吸收或釋放了能量，轉(zhuǎn)移到另一能級時，就稱為躍遷。4.自發(fā)輻射：處于高能級E2上的原子自發(fā)的向低能級E1躍遷，并發(fā)射一個頻率v=（E2-E1）/h的光子的過程稱為自發(fā)輻射躍遷。5.受激輻射：處于高能級E2上的原子在頻率為v=（E2-E1）/h的輻射場激勵作用下或在頻率為v=（E2-E1）/h的光子誘發(fā)下，向低能級E1躍遷并輻射出一個與激勵輻射場光子或誘發(fā)光子的狀態(tài)(包括頻率、運動方向、相位等)完全相同的光子的過程稱為受激輻射躍遷。

6.受激吸收：受激輻射的反過程為受激吸收過程，一般也稱作吸收。

7.激光產(chǎn)生的基本原理：在受激輻射躍遷的過程中，一個誘發(fā)光子可以使處在上能級上的發(fā)光粒子產(chǎn)生一個與該光子狀態(tài)完全相同的光子，這兩個光子又可以去誘發(fā)其他發(fā)光粒子，從而產(chǎn)生更多狀態(tài)相同的光子。必要條件：使激光工作物質(zhì)處于粒子束反轉(zhuǎn)狀態(tài)。粒子束反轉(zhuǎn)：采用諸如光照、放電等方法從外界不斷地向發(fā)光物質(zhì)輸入能量，把處于下能級的發(fā)光粒子激發(fā)到上能級去，便可使上能級E2的粒子數(shù)密度超過下能級E1的粒子數(shù)密度的狀態(tài)。此時，受激輻射大于受激吸收。

8.激光器構造：由三部分構成，包括激光工作物質(zhì)(基質(zhì)與激活粒子)、泵浦源（對激光工作物質(zhì)進行激勵）和光學諧振腔（得到穩(wěn)定、持續(xù)、有一定功率的高質(zhì)量激光輸出）。9.激光粒子的能級系統(tǒng)：1三能級系統(tǒng)2四能級系統(tǒng)（P9頁）

10.光學諧振腔：是常用激光器的三個主要組成部分之一。它是在激活物質(zhì)兩端適當位置放置兩個反射鏡組成。主要作用：1.提供光學正反饋作用。2.產(chǎn)生對振蕩光束的控制作用。11.諧振腔的Q值：品質(zhì)因數(shù)Q=ωW/ρ,式中ω為角頻率，W為存儲在諧振腔內(nèi)的能量，ρ為每秒損失的能量。（P21頁）12.橫模：激光光束橫截面上穩(wěn)定的光場分布稱之為橫模。

13.激光縱模：激光器諧振腔內(nèi)獲得振蕩的幾種波形（波長稍微不同）沿光軸方向的分布。14.縱模的選擇:1短腔法：兩個相鄰縱模間的頻率差Δνq=νq-νq-1=c/2L’

(L’=(L-l)+nL表示諧振腔的光學長度；n晶體折射率，L物理長度，l晶體長度，c表示真空中的光速）例：在氦氖激光器中，其熒光譜線ΔνF約為1500MHZ。若激光器腔長為10cm，則縱模間隔Δνq為Δνq= c/2L’=3*108m/s /2*1*10*10-2m=1500MHZ 15.穩(wěn)頻技術:通常講的頻率的穩(wěn)定性包括兩方面：一是“穩(wěn)定度”，指的是激光器在連續(xù)工作期間內(nèi)它的頻率該變量Δν’在振蕩頻率ν中所占的比例，即

Δν’/ν。二是“復現(xiàn)度”，指的是同樣設計、同樣方法制成的激光器在同樣條件下使用時相互之間的頻率偏差，或是在完全不同設計、和不同條件下，用相同的能級躍遷所制成的激光器，其振蕩頻率與與原子躍遷中心頻率的偏差，如果這方面的偏差用Δν表示，則其在ν中所占比例Δν’’/ν稱為復現(xiàn)度。

16.固體激光器：一般采用光激勵（泵浦燈），其能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，所以效率低。（光的激勵能量大部分轉(zhuǎn)換為熱能）。氣體激光器：一般采用電激勵，其效率高、壽命長，長采用連續(xù)方式。

17.摻釹釔鋁石榴激光器（YAG）：典型的四能級系統(tǒng)，激光波長為1.0641μm，優(yōu)點是閾值功率低，可以做成連續(xù)激光器，輸出功率已達千瓦量級。激光輸出為多縱模。每次脈沖

’’輸出功率在幾千瓦以上。

18.紅寶石激光器：屬于三能級激光器，是最早的一種激光器。它的效率比較低，但由于它發(fā)射694.3nm的紅光且能得到相干性好的單模輸出，當研究順便過程的全息照相時，作為可見光脈沖光源是比較合適的。

19.尖峰振蕩效應：不加任何特殊裝置的固體脈沖激光器，在一次輸出中，激光脈沖的寬度大約是ms數(shù)量級。經(jīng)過仔細的觀察和分析會發(fā)現(xiàn)，這個脈沖并不是平滑的，而是包含著很多寬度更窄的短脈沖序列。而且隨著激勵的增強，短脈沖的時間間隔會更小。這種現(xiàn)象被稱做弛豫振蕩效應或尖峰振蕩效應。其定性解釋：一個短脈沖形成和消失，可以由激光系統(tǒng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度的增減變化來解釋。造成系統(tǒng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度增加的因素是光泵浦，其增加速率在一個短脈沖序列的消長過程中可以看成是不變的。是反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度減少的因素是受激輻射，其減少速率則是因腔內(nèi)光子數(shù)密度的多少而變化。20.調(diào)Q技術原理：初期它處于關閉狀態(tài)（Q值很低），抑制受激輻射的作用，在泵浦抽運工作一段時間后，突然將Q值提高（Q開關導通），上能級粒子瞬間釋放，獲得高功率巨脈沖。（腔內(nèi)儲存的能量通過受激輻射一下釋放出來，瞬間達到獲得高功率巨脈沖的目的）。

21.電光調(diào)Q激光器 ：（電光效應：對于某些晶體經(jīng)過特殊方向的切割后，如果在某個特定的方向上外加電壓，就可以通過它的線偏振光改變振動方向。）原理流程圖如下（P60頁）

22.聲光Q開關原理：聲光介質(zhì)在超聲波的作用下，介質(zhì)的折射率會發(fā)生周期性的變化，使介質(zhì)變成為正弦相位光柵，當光通過此介質(zhì)時，由于衍射會造成光的偏折。如果這個裝置放在激光器腔內(nèi)，就會增加損耗改變腔的Q值。

其流程如下：（Ｐ６１頁）

23.三基色：本質(zhì)是三基色具有獨立性，三基色中任何一色都不能用其余兩種色彩合成。三基色具有最大的混合色域，其他色彩可由三基色按一定的比例混合出來，并且混合后得到顏色數(shù)目最多。紅、綠、藍為色光三基色。為了統(tǒng)一認識，１９３１年國際照明委員會規(guī)定了三基色的波長：紅光為７００．０ｎｍ，綠光５４６．１ｎｍ，藍光為４３５．８ｎｍ。

24.相加混色原理 ：由兩種或兩種以上的色光相混合時，會同時或者在極短時間內(nèi)連續(xù)刺激人的視覺器官，使人產(chǎn)生一種新的色彩感覺。稱這種色光混合為加色混合。這種由兩種以上色光相混合，呈現(xiàn)一種色光的方法稱為色光加色法。

25.激光顯示技術：分三種類型；第一種是激光陰極射線管LCRT（laser cathode tube）,其基本原理是用半導體激光器代替陰極射線顯像管熒光屏的一種新型顯示器件；第二種是激光光閥顯示，基本原理是激光束僅用來改變某些材料（如液晶等）的光學參數(shù)（如折射率或透過率）而再用另外的光源使這種光學參數(shù)變化而形成的像投射到屏幕上，從而實現(xiàn)圖像顯示；第三種是直觀式（點掃描）電視激光顯示，它是將經(jīng)過信號調(diào)制過的RGB三色激光束直接通過機械掃描方法偏轉(zhuǎn)掃描到顯示屏上。

26.德國 Jenoptik 公司ＲＧＢ全固態(tài)激光器光路圖：Oscillator振蕩器；Amplifier放大器；SHG倍頻，頻率增加一倍，波長減少一半;SFM和頻;OPO（Optical Parametric Oscillation）光學參量振蕩器；AOM（Acoustic Optical Modulator）聲光調(diào)制器；KTA crystal（KTA晶體，砷酸鈦氧鉀）；LBO晶體（三硼酸鋰）；流程圖如下：（p113頁）

27.光電探測器的物理效應：通常分為兩大類：光子效應和光熱效應。光子效應：指單個光子的性質(zhì)對產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應，對光波頻率表現(xiàn)出選擇性，在光子直接與電子相互作用的情況下，其影響速度一般比較快。（光電效應：在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會被光子激發(fā)出來而形成電流。）光熱效應：指材料收到光照射后，光子能量與晶格相互作用，振動加劇，溫度升高，由于溫度的變化而造成物質(zhì)的電學特性變化。

28.光電發(fā)射效應：在光照下，物體向表面以外的空間發(fā)射電子（即光電子）的現(xiàn)象，稱為光電發(fā)射效應。愛因斯坦方程：Ek=hυ—Eψ，Ek=mv/2是電子離開發(fā)射體表面時的動能；m是電子質(zhì)量；v是電子離開時的速度；hυ是光子能量，Eψ是光電發(fā)射體的功率函數(shù)。光電發(fā)射效應發(fā)生的條件：υ≥Eψ/h≡υc（入射光波的截止頻率），或用波長表示時：λ≤hc/ Eψ≡λc（截止波長）。

29.光電導效應：在光線作用下，對于半導體材料電導率吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半導體材料的禁帶寬度，就激發(fā)出電子空穴對，使載流子濃度增加，半導體的導電性增加，阻值降低，這種現(xiàn)象稱為光電導效應。（P148頁）30.光伏效應：如果光導現(xiàn)象是半導體的材料的體效應，那么光伏現(xiàn)象則是半導體材料的“結(jié)”

效應。當照射光激發(fā)出電子-空穴對時，電勢壘的內(nèi)建電場將把電子-空穴對分開，從而在勢壘兩側(cè)形成電荷堆積，形成光生伏特效應。（光照零偏PN結(jié)產(chǎn)生開路電壓的效應，又稱光伏效應。）31.溫差電效應：當兩種不同的配偶材料（可以是金屬或半導體）兩端并聯(lián)熔接時，如果兩個接頭的溫度不同，并聯(lián)回路中就產(chǎn)生電動勢，稱為溫差電動勢，回路中就有電流流通。如果把冷端分開并與一個電流表連接，那么當光照熔接端時，熔接端吸收光能使其溫度升高，電流表就有相應的電流讀數(shù)，電流的數(shù)值間接反映了光照能量的大小。——用熱電偶來探測光能的原理。

232.熱釋電效應：當強度變化的光打到晶體上，引起材料溫度變化——電極化強度發(fā)生變化——面電荷發(fā)生變化——產(chǎn)生熱釋電電流。壓電晶體：發(fā)生壓電效應的晶體。壓電效應：某些晶體在特定的方向上施加外力，那么就會在某兩個表面產(chǎn)生面電荷，當外力消失，晶體回到不帶電。

33.量子效率η：靈敏度R從宏觀描述了光電探測器的光電、光譜以及頻率特性，量子效率則是對同一問題的微觀-宏觀描述。

η=hυRi/e（Ri電流的靈敏度），光譜量子效率

：ηλ =hcRiλ/eλ

(c是材料的光速)34.歸一化探測度D*：

D*大的探測器其探測能力一定好。

35.光電導探測器——光敏電阻：利用光電導效應而工作的探測器。光電導效應是半導體材料的一種體效應，無需形成PN結(jié)，故又常稱為無結(jié)光電探測器。這種元件在光照下會改變自身的電阻率，光照愈強，元件自身的電阻率愈小，因此常常又稱光敏電阻或光導管。本征型光敏電阻一般在室溫下工作，適用于可見光和近紅外輻射探測；非本征型光敏電阻通常必須在低溫條件下工作，常用于中、遠外輻射探測。由于光敏電阻沒有極性，只要把它當做電阻值隨光照強度而變化的可變電阻器對待即可，因此在電子電路、儀器儀表、光電控制、計量分析、光電制導、激光外差探測等領域獲得了十分廣泛的應用。常見的光敏電阻有CdS、CdSe、PbS以及TeCdHg等。其中CdS是工業(yè)上應用最多的，而PbS主要用于軍事裝備。

36.光頻外差探測技術：原理：基于兩束相干光在探測器光敏面上的相干效應。故也常稱為光波的相干探測。相干光：振動方向相同，振動頻率相同，相位相同或相位差保持恒定。37.曼萊-羅威關系：公式（P307頁）

相互作用中三個光電場光子數(shù)的變化關系：ω1和ω3的光子數(shù)之和及ω2和ω3的光子數(shù)之和在非線性過程中始終保持不變。ω1與ω2光子數(shù)之差保持不變。如果頻率為ω1與ω2的兩個光子同時湮滅，可以產(chǎn)生頻率為ω3的一個光子，這就是和頻與倍頻的情況。反過來ω3光子湮滅，同時產(chǎn)生兩個頻率為ω1與ω2的光子，這就是參量產(chǎn)生的過程。

38.相位匹配技術：為有效的進行非線性光學頻率變換，必須使參與互作用的光波在介質(zhì)中傳播時具有相同的相速度。實現(xiàn)有效頻率變換的方法之一是相位匹配技術，利用非線性晶體的雙折射與色散特性達到相位匹配。39.單軸晶體的相位匹配條件及匹配角：(折射率)負單軸晶體——n0>ne。正單軸晶體——ne>n0.40.二次諧波的產(chǎn)生：能量守恒和動量守恒（P314頁）

41.參量振蕩器：光學參量振蕩器（OPO）是利用非線性晶體的混頻特性來實現(xiàn)頻率變換的器件，其中有一個或兩個光波具有振蕩特性，具有諧振腔。具有調(diào)諧范圍寬、結(jié)構簡單及工作可靠等特性。光學參量放大的原理：實質(zhì)上是一個差頻產(chǎn)生的三波混頻過程。由曼萊-羅威關系可知，在差頻過程中，每湮滅一個最高頻率的光子，同時要產(chǎn)生兩個低頻光子，在此過程中這兩個低頻獲得增益，因此光學參量放大器可作為他們的放大器。如果將非線性晶體置于諧振腔中，并用強的泵浦光照射，當增益超過損耗時，在腔內(nèi)可以從噪聲中建立起相當強的信號光及空閑光。在光學參量振蕩器中建立起來的兩種頻率的光波，任何一個光波都可以稱為信號光或者空閑光。

42.參量振蕩器的閾值：判斷閾值與什么參量有關系？（P331頁公式）

式中，k=

；gs為模耦合系數(shù)；l為有效參量增益長度；τ為1/e處脈沖半寬度；L=L’+(n-1)l;L’為OPO腔長；l為非線性晶體長度；n為信號輸出 100μJ時（定義為閾值臨界狀態(tài)）腔內(nèi)振蕩次數(shù)；Pn為閾值處信號波能量；P0為參量量子噪聲能量；a為參量光在介質(zhì)中的場吸收系數(shù)；R為腔內(nèi)各種損耗的總和。

43.光的干涉：用波的疊加而引起強度從新分配的現(xiàn)象。三個必要條件：頻率相等，兩束光存在相互平行的振動分量，位相差δ（P）恒定。