半导体激光器产生激光输出的基本条件是哪些

下面这些是引用百度百科的：半导体复合发光达到受激发射（即产生激光）的必要条件是：①粒子数反转分布分别从P型侧和n型侧注入到有源区的载流子密度十分高时，占据导带电子态的电子数超过占据价带电子态的电子数，就形成了粒子数反转分布。②光的谐振腔在半导体激光器中，谐振腔由其两端的镜面组成，称为法布里一珀罗腔。③高增益用以补偿光损耗。谐振腔的光损耗主要是从反射面向外发射的损耗和介质的光吸收。半导体激光器是依靠注入载流子工作的，发射激光必须具备三个基本条件：（1）要产生足够的 粒子数反转分布，即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数；（2）有一个合适的谐振腔能够起到反馈作用，使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡；（3）要满足一定的阀值条件，以使光子增益等于或大于光子的损耗。半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。

激光（Laser）,它指通过受激辐射放大和必要的反馈,产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器.而基本上,产生激光需要"共振腔"(resonator)、"增益介质"(gain medium)以及"激发来源"(pumping source)这三个要素.

原理

原子的运动状态可以分为不同的能级,当原子从高能级向低能级跃迁时,会释放出相应能量的光子（所谓自发辐射）.同样的,当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话,会导致原子从低能级向高能级跃迁（所谓受激吸收）；然后,部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子（所谓受激辐射）.这些运动不是孤立的,而往往是同时进行的.当我们创造一种条件,譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场,受激辐射得到放大从而比受激吸收要多,那么总体而言,就会有光子射出,从而产生激光.

分类

根据产生激光的媒质,可以把激光器分为液体激光器、气体激光器和固体激光器等.而现在最常见的半导体激光器算是固体激光器的一种.

构成

激光器大多由激励系统、激光物质和光学谐振腔三部分组成.激励系统就是产生光能、电能或化学能的装置.目前使用的激励手段,主要有光照、通电或化学反应等.激光物质是能够产生激光的物质,如红宝石、铍玻璃、氖气、半导体、有机染料等.光学谐振控的作用,是用来加强输出激光的亮度,调节和选定激光的波长和方向等.

应用

激光应用很广泛,主要有 fiber communication,激光测距、激光切割、激光武器、激光唱片等等

历史

1958年,美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象：当他们将内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时,晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光.根据这一现象,他们提出了"激光原理",即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时,都会产生这种不发散的强光--激光.他们为此发现了重要论文.

肖洛和汤斯的研究成果发表之后,各国科学家纷纷提出各种实验方案,但都未获成功.1960年5月15日,美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家.

1960年7月7日,梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生,梅曼的方案是,利用一个高强闪光灯管,来刺激在红宝石色水晶里的铬原子,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可使其达到比太阳表面还高的温度.

前苏联科学家H.Γ.巴索夫于1960年发明了半导体激光器.半导体激光器的结构通常由P层、N层和形成双异质结的有源层构成.其特点是：尺寸小,耦合效率高,响应速度快,波长和尺寸与光纤尺寸适配,可直接调制,相干性好.

光子：原始称呼是光量子（light quantum）,电磁辐射的量子,传递电磁相互作用的规范粒子,记为γ.其静止质量为零,不带电荷,其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积,E=hv,在真空中以光速c运行,其自旋为1,是玻色子

电子：静止质量为9.109×10^-31kg、电荷为-1.602×10^-19C的稳定基本粒子.在一般情况下是指带负电荷的负电子.其反粒子是带正电荷的正电子.

分子：化学上,分子是物质组成的一种基本单位名称.

离子：带有电荷的原子或分子,或组合在一起的原子或分子团.带正电荷的离子称“正离子”,带负电荷的离子称“负离子”.

原子：组成元素的最小单元.由原子核和围绕原子核运动的电子组成.

粒子：粒子（particle）指能够以自由状态存在的最小物质组分.最早发现的粒子是电子和质子,1932年又发现中子,确认原子由电子、质子和中子组成,它们比起原子来是更为基本的物质组分,于是称之为基本粒子.以后这类粒子发现越来越多,累计已超过几百种,且还有不断增多的趋势；此外这些粒子中有些粒子迄今的实验尚未发现其有内部结构,有些粒子实验显示具有明显的内部结构.看来这些粒子并不属于同一层次,因此基本粒子一词已成为历史,如今统称之为粒子.

激光产生的过程如下：

1、介质分子在外来能量的激发下跃迁到可以产生受激辐射的能级。

2、一些在高能级的介质分子随机跃迁到低能级，并发射出一个光子。

 

3、由于该能级可以产生受激辐射，所以在该光子击中另一个处于该能级的介质分子时，该介质分子产生受激辐射现象。即受入射光子的激发而从该能级跃迁至低能级，同时发射出一个和入射光子一模一样的光子。

 

4、以上过程在谐振腔内进行，谐振腔两端是两块平行放置的反射镜，反射镜间距是受激辐射波长的整数倍。以使得只有完全垂直于两块反射镜的辐射被选择留下。

 

5、被选择方向上的辐射不断增殖形成相干性非常好的激光光束。跃迁到低能级的介质分子在外来能量的激发下重新回到高能级，保证持续提供可激发的介质分子。

 

6、谐振腔的一端放置的反射镜有一定的透射率，通过此端反射镜透射出来的光束就是我们可以使用的激光束。

以上是激光发生原理的简述，请参考。

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