半导体激光器原理及结构设计1

(ν)N2+A21N2= B12uT(ν)N1Р uT(ν)=A21N2/(B12N1-B21N2) (1)Р粒子数反转与光放大Р受激吸收Р自发辐射Р受激辐射Р波尔兹曼分布:N1/N2=exp[(E2-E1)/kT]=exp(hν/kT) (2)?普朗克黑体辐射公式: uT(ν)=8πh ν3/[c3(exp(hν/kT)-1)] (3)Р将(2)和(3)代入(1) uT(ν)=A21N2/(B21N1-B21N2)得:?(8πh ν3/c3)•1 /[ (exp(hν/kT)-1)] =A21 /[B12 (exp(hν/kT)-B21)] 4)?要使公式(4)恒成立,必须满足条件:РB12 =B21=B 和 A21 /B12= 8πh ν3/c3РA21 、B12 、B21称为爱因斯坦系数,是原子本身的属性,与体系中原?子能级的分布状况无关。Р当一束频率为ν的光通过具有能级为E1和E2(hν= E2 – E1 )?的介质时,将同时发生受激吸收和受激辐射过程。?受激吸收:使入射光减弱?受激辐射:使入射光加强?设单位时间内受激吸收的光子数为dN12,受激辐射的光子数为?dN21则有:РdN21/ dN12= B21u(ν)N2dt/ B12u(ν)N1dt ∝N2/N1Р当(N2/N1)<1(热平衡时的正则分布规律),宏观效果表现为光吸收。?当(N2/N1)>1 (与热平衡时的正则分布相悖即粒子数反转分布),宏观效果表现为光放大。Р激光器的基本结构:Р激光介质:产生受激辐射的物质, ? 是激光器的核心。?泵浦:提供工作物质的能量,使介? 质中处于基态的粒子获得能量? 后被“抽运”到高能级,形成? 粒子数反转。Р谐振腔:激光器两端的一对反射镜,只让与反射镜轴向平行的光束? 能在激光介质中来回反射、放大,最后形成稳定的激光输出。Р激光介质(工作物质)+ 泵浦(激励源)+ 谐振腔