怎样为激光器选择合适晶体
怎样为激光器选择合适晶体(图)
发布时间：12-02-22 来源：点击量：5367 字段选择：大中小
角度调整
为了获取最大的转换效率, 角度调整是最常见的方法来达相位匹配方向. 现有两轴来调整晶体角度如图中所示.
Crystal Angle Tilting
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NLO晶体主要是按普通的晶体平面方向切割, 所以调动n轴对提高转换效率并没有帮助. 然而在调动m轴, 一般为打点面, 则有明显的不同效果. 客户们必须在转动m轴时加倍留意.
最佳晶体尺寸和切割
当选择NLO晶体时, 请尽量提供晶体的切割角度和尺寸. 不同的角度定向主会产生不同的非线性效果. 例如在I 类倍频1064nm时, BBO的切割角度为θ=22.8度和Φ=0度.备注:θ为光轴和通光方向的极角. 而Φ则是与X轴和通光方向在XY平面上的投影方位角.
晶体中的坐标图(K为光入射方向)
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对于晶体尺寸, 一般是分为宽度(W), 高度(H)和长度(L), 常用写法是W×H×Lmm3. 晶体尺寸请小心设计因为价格和体积是成正比, 而且晶体长度是直接影响转换效率的关键. 至于晶体高度(H), 激光光束直径是为主要考虑因素.最理想的高度是比光束直径稍为大一点如长1到2mm左右.
晶体尺寸图
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当设计理想晶体宽度时, 光束宽度和可调波长范围为主要考虑条件. 如是一单向NLO过程,例如是倍频532nm, 我们会选择W=H. 但如是可调的广阔波长NLO过程, 在染料激光器中用BBO作倍频440nm到660nm作例子, 晶
体就需要从θ=36度调至θ=66.6度. 宽度(W)可由公式:H+2tan((66.6-36)/2)×L, 如设晶体高度(H)为4mm和长度(L)为7mm, W则大约是8mm左右.
每一NLO晶体都有其标准作为激光倍频时脉冲宽度长于奈秒(ns)的长度. 例如,BBO和KTP的标准长度为7mm和5mm. 然而在OPO和OPA中,BBO所需要的长度则为>12mm, 而在超快脉冲激光中的SHG和THG则要使用薄片晶体小于1mm.
半导体激光器的研究
半导体激光器的研究 半导体激光器是近年来应用非常广泛的一种激光器。在本实验中我们将对半导体激光器的主要发光器件——激光二极管（LD）进行全面的实验研究。 【实验内容】 1．激光二极管（LD）的伏安特性测量。 2．LD的发光强度与电流的关系曲线测量。 3*．LD发光光谱分布测量。 4*．LD发光偏振特性分析。 【实验仪器】 激光二极管，电压表，电流表，激光功率计，分光计，格兰—泰勒棱镜等
阅读材料 半导体激光器件 按照半导体器件功能的基本结构可分为：注入复合发光，即电—光转换；光引起电动势效应，即光—电变换。这里主要讨论前者。 半导体激光光源是半导体激光器发射的激光。它是以半导体材料作为激光工作物质的一类激光器，亦称激光二极管，英文缩写为LD。与其相对应的非相干发光二极管，英文缩写为LED。它具有工作电压低、体积小、效率高、寿命长、结构简单、价格便宜以及可以高速工作等一系列优点。可采用简单的电流注入方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而有可能与之单片集成；并且还可用高达吉赫(109 Hz)的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，LD在激光通信、光纤通信、光存储、光陀螺、激光打印、光盘录放、测距、制导、引信以及光雷达等方面已经获得了广泛应用，大功率LD 可用于医疗、加工和作为固体激光器的泵浦源等。 半导体激光器自1962年问世以来，发展极为迅速。特别是进入20世纪80年代，借用微电子学制作技术(称为外延技术)，现已大量生产半导体激光器。以半导体LD条和LD堆为代表的高功率半导体激光器品种繁多，应有尽有。 1 概述 1）半导体激光器的分类 从半导体激光器的发射的激光看，可分为半导体结型二极管注入式激光器和垂直腔表面发射半导体激光器两种类型；而从结型看，又可分为同质结和异质结两类；从制造工艺看，又可为一般半导体激光器、分布反馈式半导体激光器和量子阱半导体激光器激光器；另外，为了提高半导体激光器的输出功率，增大有源区，将其做成列阵式，又可分为单元列阵、一维线列阵、二维面阵等。 2）半导体激光器的工作原理 半导体激光器与其它激光器没有原则区别，只是因工作物质不同，而有其自身的特点。图示给出了GaAs激光器的外形及其管芯结构，在激光器的外壳上有一个输出激光的小窗口，激光器的电极供外接电源用，外壳内是激光器管芯，管芯形状有长方形、台面形、电极条形等多种。它的核心部分是PN结。半导体激光器PN结的两个端面是按晶体的天然晶面剖切开的，称为解理面，这两个表面极为光滑，可以直接用作平行反射镜面，构成激光谐振腔。激光可以从某一侧解理面输出，也可由两侧输出。 半导体材料是一种单晶体，各原子最外层的轨道互相重叠，导致半导体能级不再是分
THz波段的F_P光子晶体滤波器
THz 波段的F -P 光子晶体滤波器 * 周 梅 1) 陈效双 2)- 王少伟 2) 张建标 2) 陆 卫 2) 1)(中国农业大学理学院应用物理系,北京 100083) 2)(中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海 200083) (2005年11月23日收到;2005年12月11日收到修改稿) 理论上设计了一系列一维非周期光子晶体,这些光子晶体具有超窄带滤波的特性.并利用成熟的半导体工艺制备出了具有此性能的滤波器.通过比对理论和实验上的透射光谱,得到了两者符合较好的结果. 关键词:THz 波段,F -P 滤波器,非周期,光子带隙 PACC :7820P,4270Q *国家重点基础研究发展规划(973)(批准号:2001CB61040),中国科学院/百人计划0基金(批准号:200012),国家自然科学基金重点项目(批准号:10234040),上海科学技术委员会重点基金项目(批准号:02DJ14066)和上海市自然科学基金(批准号:03ZR14023)资助的课题.-E -mail:xschen@mail.si https://www.360docs.net/doc/5a6738435.html, 11引言 THz(Terahertz)波段是介于红外与微波之间的一个波段,其频率范围一般在011)10THz(1THz=1012 Hz),具有广泛的应用前景,而以往却是研究得最少.由于最近发现THz 波段在医学影像、化学检测与分析、天文学甚至无线通讯等领域有着巨大的应用潜力 [1)3] ,使得人们对该领域产生了很大的兴趣. 最近THz 波段激光器(414THz)的研制成功[1] ,无疑 将对该领域起到极大的促进作用.众所周知,对于任何波段电磁波的应用都有三个重要环节:光源、传输和探测,只有对这三个重要环节的研究都有所突破,才能真正实现THz 波段的应用.目前对THz 波段的研究主要集中在THz 光源和探测上,控制其传输方面的研究相对较少. 光子带隙作为光子晶体的一个基本特性,具有控制电磁波传输的能力 [4)6] ,可应用于如滤波器、偏 振器及反射器等许多光学元件[7)10] ,因此对THz 波 段光子晶体的研究有利于人们对THz 波段电磁波传输的调控.尽管大部分光子晶体材料的实验研究都集中在微波 [9,11,12] 、红外 [13,14] 及可见 [15,16] 波段,但 是最近,人们也通过微机械加工[17] 、激光快速原位 成形(laser rapid prototyping )等方法[8,18,19] 制备出了 THz 波段的光子晶体,这些对THz 波段光子晶体的 研究和应用都具有相当重要的意义. 作为最简单的一维光子晶体,其理论研究和实验研究都已经比较成熟 [20] ,而且早在光子晶体的概 念提出之前就已经得到广泛应用.比如光学薄膜中的K P 4高反膜就属于一种特殊结构的一维光子晶体,在激光和光学设备中应用广泛.然而,这种多层膜的高反区(反射率高于95%的区域,high refractive region,HRR)较窄,除了增大高、低折射率层的折射率反差外[21] ,如果适当地引入无序,也可以使HRR 变宽[6,22] .当前对一维系统光局域的理论[23)30] 和实 验 [31] 研究表明,如果在一维多层周期膜系(一维光 子晶体)中引入无序,光就会被局域起来.因此,可以利用这种特性,来实现光子晶体的一些特殊用途.本文就是利用这样的特性,在理论上设计了THz 波段的F -P 光子晶体滤波器,并借助于成熟的半导体工艺制备出具备此性质的样品. 21THz 波段F -P 滤波器的设计 常规的超窄带通滤光片多采用类似于F -P 干涉仪的结构,即在两个K P 4膜系构造的高反射层间夹共振腔的设计.这种设计可以给出带宽非常窄的滤光片,但它对膜系中厚度的涨落非常敏感.只要膜层厚度出现微小的涨落,就会使滤光片的性能明显退化.为此,我们提出用非周期型的膜系替代常规的两 第55卷第7期2006年7月1000-3290P 2006P 55(07)P 3725-05 物 理 学 报 AC TA PHYSIC A SINICA Vol.55,No.7,July,2006 n 2006Chin.Phys.Soc.
紫外激光器研究进展及其关键技术讲解
紫外激光器研究进展及其关键技术 黄川 2120160620 摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。 关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配 1、引言 因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。另外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。 一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全固态激光器。而利用激光二极管抽运的固体UV激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。 在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm的紫外激光。下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。 2、非线性频率转换原理 2.1 介质的非线性极化 激光作用在非线性介质上会引起介质的非线性极化，这是激光频率变换的非线性基础。在单色的电磁波作用下，介质的内部原子，离子等不会发生本征能级的跃迁，但是这些离子的电荷分布以及运动状态都会发生一些变化，引起光感应的电偶极矩，这个电偶极矩作为新的辐射源辐射电磁波。
光子晶体滤波器
光子晶体滤波器理论基础 2.1 光子晶体概述 2.1.1光子晶体概念 光子晶体也叫光子带隙材料（PBG ）,它的概念是在1987年分别由S ．John 和E ．Yablonovitch 等人提出来的。经过几十年的发展，光子晶体已成为人们非常关注的领域。所谓光子晶体，是一种介电常量呈空间周期性分布的人工介质结构，它具有光子禁带，频率和能量处于禁带内的光子无法进入光子晶体内部，在光子晶体内部完全被禁止存在[12-14]。在固体物理研究发现，晶体中的周期性排列的原子所产生的周期性电势场中的电子有一个特殊的约束作用。在这样的空间周期性电势场中的电子运动是由如下的薛定谔方程决定的： （2.1） 其中）（r V →是电子的势能函数，它有空间周期性。我们求解以上方程(2.1) 可以发现，电子能量Ｅ只能取某些特殊值，在某些能量区间内方程无解―― 即电子能量不能落在在这样的能量区间，通常称之为能量禁带。研究发现， 电子在这种周期性结构中的德布罗意波长与晶体的晶格常数有大致相同数 量级。 ＝０，－ E 2m + 2??? ??ψ?????????? ????? ???→→t V r r
从电磁场理论知道，在介电系数呈空间周期性分布的介质中，电 磁场所服从的规律是如下所示的Maxell 方程： 其中，0ε为平均相对介电常数，??? ??→r ε为相对介电常数的调制部分，他 随空间位置作周期性变化，Ｃ为真空中的光速，ω为电磁波的频率， ()t r E , 是电磁波的电矢量，可以看到方程式 1.1)和(1.2)具有一定的相似性。事实上，通过对方程式(2)的求解可以发现，该方程式只有在某些特定的频率ω处才有解，而在某些频率ω取值区方程无解。这也就是说，在介电常数呈周期性分布的介质结构中的电磁波的某些频率是被禁止的，通常 图2.1光子禁带示意图 称这些被禁止的频率区间为＂光子频率禁带＂(Photonic Band Gap )，如图2.1所示，而将具有＂光子频率禁带＂的材料称作为光子晶体。 而我们正是利用光子晶体的“光子频率禁带”这一特点来制作滤波器，使其满足我们需要的波段要求，具有较大的实际意义。 ＝０，－＋Ｃ＋??? ??→????????????? ????? ???→t r E r εεω0222（1.2）
半导体激光器的研究进展
半导体激光器的研究进展 摘要：本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。以及对单晶光纤激光器进行了重点描述，因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，近年来成为新型固体激光源研究的热点。 一、引言。 激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心，涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术，所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。 半导体激光历经五十余年发展，作为一个世界前沿的研究方向，伴随着国际科技进步突飞猛进的发展，也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视，不仅在基础科学领域不断研究深化，科学技术水平不断提升，而且在应用领域上不断拓展和创新，应用技术和装备层出不穷，应用水平同样取得较大幅度的提升，在世界各国的国民经济发展中，特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。 本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述，同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，本文也将对其做重点描述。 二、大功率半导体激光器的发展历程。 1962 年，美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高，需要5 × 104～1 ×105 A /cm2，因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。从此开始，半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。1963 年，美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，构成异质结构，以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。随着异质结材料的生长工艺，如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展，1967年，IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。在1968—1970 年期间，美国贝尔实验室的Panish，Hayashi 和Sμmski成功研究了AlGaAs /GaAs单异质结激光器，室温阈值电流密度为8.6 × 103 A /cm2，比同质结激光器降低了一个数量级。
2019年激光器行业专题研究报告
２０１９年激光器行业专题研究报告
摘要 ?核心逻辑：2018年激光产业中工业加工占到下游总体的比例为45%，根据IPG2018年年报披露，激光切割、焊接是其中最重要的应用领域，2016-2018年切割占总体的比例分别为51%、54%、57%，逐年提升，而焊接三年分别为18%、20%、16%。切割、焊接占据了激光行业的主要市场空间。 ?激光切割：激光切割主要优势在于单位使用成本低，随着设备价格的大幅下降其经济性凸显；激光切割从薄板往中厚板市场渗透趋势明显，还有至少翻倍以上的空间；就存量角度，根据中国激光产业发展报告（2019）及我们的估算，到2019年底我国切割用激光设备存量为6.99-8.16万台，对于传统切割方式的渗透度为26.26-30.65% ，且集中在低功率，1500W—4000W功率激光切割设备渗透率近年有望提高。 ?激光焊接：激光焊接设备单价较高，主要应用于汽车、电池等高端制造；2018年规模以上金属焊接切割厂商年收入合计达到449亿，而激光焊接对焊接市场渗透度不足30%；作为实现汽车轻量化的重要手段，激光焊接应用率有望从20%提升至60%；受益于动力锂电池厂商扩产，预计2020年该细分市场空间达35亿元；国产替代将成为激光焊接业务的另一个增长点。 ?投资建议：建议重点关注以切割、焊接为主要应用领域的激光器龙头锐科激光，关注非上市公司创鑫激光、杰普特等。?风险提示：工业激光下游需求不景气；激光器价格竞争激烈；市场渗透提升不及预期。
目录 综述：重点讨论连续/QCW光纤激光器的切割及焊接市场空间 1.光纤激光器研究框架 2.激光特性及多应用场景综述 切割：设备单价下降趋势中应用场景向中厚板材料开拓，市场空间有望翻倍 1.适用领域：工业加工中增长最快的应用领域，占比在50%以上 2.工作原理：属于热切割方法之一，一般使用激光熔化切割 3.能力与效率：切割能力因材料而异，切割效率与板材厚度呈“反比” 4.激光切割：主要优势在于单位使用成本低，设备单价下降经济性凸显 5.市场空间：设备单价下降促进中厚板市场开拓，空间有望翻倍 6.市场渗透度：对于传统切割方式的渗透度不足25.95% ，集中在低功率 焊接：主要应用于汽车、电池等高端制造，市场渗透+国产替代双轮驱动增长 1.主要方式：主要有热传导焊、深熔焊、复合焊、钎焊等方式 2.适用领域：多使用固体、半导体激光器，适用于精密加工、汽车工业等 3.优势vs劣势：加工范围广、过程简单，但采购成本高 4.市场渗透度：多应用于高端制造，对焊接市场渗透度不足30% 5.应用场景一：作为实现汽车轻量化的重要手段，未来应用率将大幅提升 6.应用场景二：动力电池厂商扩产，预计2020年细分市场空间达35亿元 7.国产替代：国产替代将成为激光焊接业务的另一个增长点
选择正确的激光器
为激光焊接选择正确的激光器 在选择激光焊接光源的时候要充分考虑焊接材料、接头几何形状、速度等因素。 随着激光焊接在制造业中的广泛应用，如何正确选择激光源是制造商需要面临的一个现实问题。目前市场上可选择的激光源有光纤、脉冲Nd:YAG、二极管、碟片还有CO2激光源（CW Nd:YAG激光源基本上已经被光纤和碟式激光器取代了，因此本文没有述及）。选择那一种激光源要充分考虑到各种因素，如焊接的材料、接头几何形状、焊接速度、形位公差、系统集成要求等，当然还要考虑预算。每一种激光源都有其特性，可以满足不同的焊接要求，当然在某些情况下也有可替代性。 ◆CO2激光器CO2气体激光器，波长为10604nm，功率1~20千瓦，是一种非常成熟的激光器，而且是自上个世纪八十年以来一直是大功率加工的最主要激光源。 ◆光纤激光器这种高效的二极管泵浦激光器其实是一种小芯径硅基光纤。激光源出现在光纤内，因此不用进行校正，而且将小芯径光纤映射到聚焦镜上时，焦点尺寸最小可以达到10微米。这种紧凑型的激光器通常以两种配置出现：低功率焊接（小于300W）的单一模式；以及用于大功率焊接的多模式。 ◆二极管激光器单发光面器件功率的提高，新冷却通道技术的出现，加上可以将光束聚焦为直径小于1000微米光纤的微光学元件技术的发展，都推进了二极管作为焊接激光器的出现。 ◆碟式激光器扁平的Yd:YAG晶体薄盘置于CW激光器的中心——碟式激光器这种设计是为了避免出现棒状激光器的固有问题，而采用了0.01in厚的圆盘，另一面用冷却装置支撑。采用这种设计进行冷却可以使激光器功率达到10kW，同时可以保证光束质量。 ◆脉冲Nd:YAG激光器这种激光器采用单一的Nd:YAG激光棒，通过闪光灯激励产生焊接所使用的高峰值和低平均功率。比如，一个相对较低的功率，35W平均功率可以产生6kW的高峰值功率。这种高峰值功率和窄脉宽的结合不仅保证了材料焊接的质量，还为能量输入提供了有效的控制。 按熔深大小选择激光器 激光器的选择按照熔深大小可分为：小于0.01in、0.01~0.03in和大于0.03in。一般来说，可以选择多个激光源来完成焊接，但是出于对性能和预算的考虑，往往只能选择一到两个光源。当然，最后的决定可能还会受其他很多因素影响，比如样品质量、地理因素、售后服务、系统集成商的偏好等，当然可能还会受人缘关系影响。 ◆小于0.01in焊缝熔深 主要采用脉冲Nd:YAG激光器，其次是光纤激光器。在考虑部件装配、接头形状、材料和镀层等情况下，需要对整个焊接过程有更好的控制，脉冲Nd:YAG激光器则是最佳的选择。采用高峰值功率可以产生光点尺寸大于1000微米的焊接光束，在选择焊点尺寸时具有较大的灵活性，从而使焊接本身的工艺窗口最大化，同时保证在生产环境中必要的容差。 光纤激光器是该分类中唯一一种连续波激光，因为光纤激光器可以使光束聚焦后的光点尺寸小于25微米，这样就可以获得焊接所需要的高功率密度。为了保证在微加工领域的价格竞争力，光纤激光器功率一般不超过200W，这样也就限制了其最大的光点尺寸，无法提供足够的功率密度，一般焊点尺寸不超过75微米。这是光纤激光器一个最大的限制，这样在实际生产中，按配合公差和叠加公差来调节接头/部件时，往往无法保证±15毫米的误差范围。
光子晶体及其器件的研究进展
深圳大学研究生课程论文题目光子晶体及其器件的研究进展成绩 专业 课程名称、代码 年级姓名 学号时间2016年12月 任课教师
子晶体及其器件的研究进展 摘要：光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料，通过设计可以人为调控经典波的传输。由 于光子晶体具有很多新颖的特性，使其成为微纳光子学和量子光学的重要研究领域。随着微加工技术的进步和理论的深入研究，光子晶体在信息光学以及多功能传感器等多个学科中也得到了广泛应用。本文介绍了光子晶体及其特征，概述了光子晶体器件的设计方法和加工制作流程，论述现阶段发展的几种光子晶体器件，并对光子晶体器件的发展趋势做了展望。 关键词：光子晶体；光子晶体的应用；发展趋势 Research progress of photonic crystals and devices Abstract：Photonic crystal is a new material with photonic band gap, which can regulate the transmission of classical wave artificially. Because it has many novel properties of photonic crystal, which is becoming an important research field of micro nano Photonics and quantum optics. With the progress of micro machining technology and theoretical research, photonic crystals have been widely used in many fields such as information optics and multifunction sensors. This paper introduces the photonic crystals and its characteristics, summarizes the design method and process of the photonic crystal devices in the production process, discusses several kinds of photonic crystal devices at this stage of development, and the development trend of photonic crystal devices is prospected. Key words：Photonic crystal; application of photonic crystal; development trend 1引言 在过去的半个世纪里，随着人们对电子在物质尤其是半导体中运动规律的研究，使得对电子控制能力的增加，从而产生了各种微电子器件以及大规模的集成电路，推动了电子工业和现代信息产业的迅猛发展，半导体技术在人们生活中扮演着越来越重要的角色。目前半导体技术正向着高速化和高集成化方向的发展，不可避免地引发了一系列问题。当信息处理的频率和信号带宽越来越高时，通过金属线传输电子会带来难以克服的发热问题和带宽限制；而线宽减小到深纳米尺度时，相邻导线的量子隧穿效应成为电子器件发展的重要瓶颈。这迫使人们越来越关注光信息处理技术，并尝试用光器件来替代部分传统电子器件，以突破上述瓶颈限制。实现这一目标的关键在于如何将光子器件尺寸降低至微纳米量级，并能与微电子电路集成在同一芯片上。 目前比较有效的方法有三种：纳米线波导，表面等离子体和光子晶体。其中，光子晶体具有体积小、损耗低和功能丰富等多种优点，被认为是最有前途的光子集成材料，称为光子半导体[1]，它是1987年才提出的新概念和新材料。这种材料有一个显著的特点是它可以如人所愿地控制光子的运动。由于其独特的特性，光子晶体可以制作全新原理或以前所不能制作的高性能光学器件，在光通讯上也有重要的用途，如用光子晶体器件来替代传统的电子器件，信息通讯的速度快得
光纤激光器工作原理及发展
光纤激光器的工作原理及其发展前景 1 引言 光纤激光器于1963年发明，到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市，经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视为一种超高速光通信用放大器。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的技术优势。光纤激光器有很多独特优点，比如：激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率得到迅速提高。已达到10—100 kW。作为工业用激光器,现已成为输出功率最高的激光器。光纤激光器的技术研究受到世界各国的普遍重视，已成为国际学术界的热门前沿研究课题。其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。本文简要介绍了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展，最后对光纤激光器的发展前景进行了展望。 2 光纤激光器的结构及工作原理 2.1光纤激光器的结构 和传统的固体、气体激光器一样。光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD)，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后．最终形成稳定激光输出。图1为典型的光纤激光器的基本构型。 增益介质为掺稀土离子的光纤芯，掺杂光纤夹在2个仔细选择的反射镜之间．从而构成F—P谐振器。泵浦光束从第1个反射镜入射到稀土掺杂光纤中．激射输出光从第2个反射镜输出来。 2.2 光纤激光器的工作原理 掺稀土元素的光纤放大器促进了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时．就会被稀土离子所吸收。这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转，反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有2种：自发辐射和受激辐射。其中，受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可
光纤激光器的研究
光纤激光器的研究 赵尚森 （河北工程大学信息与电气工程学院，河北邯郸 056038） 摘要：稀土掺杂光纤激光器是光电子技术领域的先进课题。本文分析了掺稀土光纤激光器的光学物理过程。 关键词：光纤激光器；高功率 STUDY ON THE FIBER LASER Abstract: The research of rare-earth-doped fiber lasers is one of the frontiers subjects of optoelectronic technology. The theoretical analysis of the optical physical process in doped rare-earth-fiber was given. Key words: fiber laser; high power 0 引言 激光是近代科学技术中的重大发明之一。从1960年第一台红宝石激光器出现至今已经有50余年，激光器件及激光技术已发展到相对高的水平，激光器件的种类很多，包括固体、气体、半导体、液体、化学、自由电子等激光器。 固体激光器的工作物质是掺杂的晶体和玻璃，种类很多有百余种。固体激光器件整体具有结构紧凑、牢固耐用等优点，最大输出单脉冲功率很高，另外也可以利用某些晶体实现倍频。 近年来，光纤激光器受到了广泛的关注，其主要优势有：散热性能好、转换效率高、可调谐范围宽、泵浦阈值低、光束质量高等。 1 光纤激光器简介 同传统激光器一样，光纤激光器也由泵浦原、增益介质和光学谐振腔构成。但光纤激光器的增益介质为光纤，是利用光纤端面、光纤环形镜或光纤光栅等作为反射镜来构成反射腔镜。 1.1光纤激光器分类 光纤激光器按照光纤材料的种类可以分为以下几类：⑴掺稀土元素的光纤激光器，在SiO2光纤中掺杂稀土类元素离子，例如Yb3+、Nd3+、Er3+等，制成特定波长传输的光纤激光器；⑵非线性效应光纤激光器，利用光纤本身的非线性效应制作而成，主要有受激拉曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器；⑶晶体光纤激光器，其增益介质为激光晶体光纤，如红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:YAG单晶光纤激光器等；⑷塑料光纤激光器，在塑料光纤纤芯或包层内掺入激光染料作为增益介质制成光纤激光器；⑸光子晶体光纤激光器，即利用光子晶体光纤的特性制成的稀土掺杂光纤激光器。 在这几类光纤激光器中，掺稀土元素的光纤激光器发展最早、最常见，同时也是利用最广泛的。其典型的工作机理如下：掺杂光纤中的稀土离子吸收泵浦光光子，从而被激励到较高能级；这些离子经过无辐射跃迁到亚稳态的激光上能级，并可通过受激辐射跃迁到下能级产生一个与信号光光子等同的光子。当泵浦光足够强时，可在激光上、下能级间形成粒子数反转，使得掺杂光纤具有光放大的功能，即光增益。光纤激光器的基本构造如图1-1所示：
激光器介绍
激光器介绍 WALC4020数控激光切割机 更快、更宽、更厚的钣金切割专家 1、产品简介 更高性能的激光切割系统: WALC4020选择了世界最先进的激光器、切割头。拥有最高质量的部件和最好的结构。如西门子的控制系统和直线驱动系统，STAR的直线导轨。 更先进的结构型式： A．横梁 WALC4020激光切割机采用横梁倒挂结构，此结构有如下优势： 1．与横梁悬臂式相比，横梁的运行速度更高，运行更平稳，可达200米/分。这是因为驱动力的作用点位于横梁的重心，不会产生附加力矩，驱动效率更高，运行更平稳。 2．与小龙门移动式相比，电气控制更简单，系统更可靠。操作更方便。 因此，WALC4020更适用于高速，高功率切割。 B．交换工作台： 采用垂直升降式交换工作台，此型式的交换方式与目前使用的斜升式相比有如下优点： A．提升能力更大，安装更方便。 B．与横梁倒挂结构配合，结构更合理。 C．在切割区内，工作台下的空间更大，以便布置排渣装置及抽风除尘装置。 C．驱动： WALC4020激光切割机的X、Y轴采用了西门子的控制系统和直线驱动系统，与传统电机+滚珠丝杠（齿条）相比，驱动力更大，加速度更高。加速度可达3G，速度最高可达200米/分。而且运行更平稳。 X，Y，Z轴的导轨采用STAR高品质直线导轨，精度更高，运行更平稳。 2、产品特性 WALC4020融合了激光最新技术的应用 一．控制 WALC4020的控制器是SIEMENS 840D。该控制器的界面已经进行了改进，以适合激光切割系统的应用。 二．穿透检测 在打孔时，穿透检测使用传感器来确定光束是不是已经穿透了板材，这样可以得到最高质量的穿透效果，节省时间。
第2章 光子晶体及光子晶体滤波器的理论基础
第2章 光子晶体及光子晶体滤波器理论基础 2.1 光子晶体概述 2.1.1光子晶体概念 光子晶体也叫光子带隙材料（PBG ）,它的概念是在1987年分别由S ．John 和E ．Yablonovitch 等人提出来的。经过几十年的发展，光子晶体已成为人们非常关注的领域。所谓光子晶体，是一种介电常量呈空间周期性分布的人工介质结构，它具有光子禁带，频率和能量处于禁带内的光子无法进入光子晶体内部，在光子晶体内部完全被禁止存在[12-14]。在固体物理研究发现，晶体中的周期性排列的原子所产生的周期性电势场中的电子有一个特殊的约束作用。在这样的空间周期性电势场中的电子运动是由如下的薛定谔方程决定的： （2.1） 其中）（r V →是电子的势能函数，它有空间周期性。我们求解以上方程(2.1) 可以发现，电子能量Ｅ只能取某些特殊值，在某些能量区间内方程无解―― 即电子能量不能落在在这样的能量区间，通常称之为能量禁带。研究发现， 电子在这种周期性结构中的德布罗意波长与晶体的晶格常数有大致相同数 量级。 从电磁场理论知道，在介电系数呈空间周期性分布的介质中，电 磁场所服从的规律是如下所示的Maxell 方程： ＝０，－ E 2m + 2??? ??ψ????? ????? ????? ???→→t V r r
其中，0ε为平均相对介电常数，??? ??→r ε为相对介电常数的调制部分，他 随空间位置作周期性变化，Ｃ为真空中的光速，ω为电磁波的频率， ()t r E , 是电磁波的电矢量，可以看到方程式 1.1)和(1.2)具有一定的相似性。事实上，通过对方程式(2)的求解可以发现，该方程式只有在某些特定的频率ω处才有解，而在某些频率ω取值区方程无解。这也就是说，在介电常数呈周期性分布的介质结构中的电磁波的某些频率是被禁止的，通常 图2.1光子禁带示意图 称这些被禁止的频率区间为＂光子频率禁带＂(Photonic Band Gap )，如图2.1所示，而将具有＂光子频率禁带＂的材料称作为光子晶体。 而我们正是利用光子晶体的“光子频率禁带”这一特点来制作滤波器，使其满足我们需要的波段要求，具有较大的实际意义。 2.1.2光子能带理论 错误！未找到引用源。 由电子的能带理论知道，当把电子的运动近似地 ＝０，－＋Ｃ＋??? ??→????????????? ????? ???→t r E r εεω0222（1.2） 禁带 波矢
综述光子晶体的研究进展
光子晶体的最新研究进展 （学号：SA12231016 姓名：陈飞虎） 摘要：光子晶体（Photonic Crystal）是在1987年由S.john[1]和E.Yablonovitch[2]分别独立提出，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。在这二十多年的发展当中，光子晶体已在光通信技术、材料科学和激光与光电子学等方面都取得了相应的进展。本文阐述了光子晶体在各方面所取得的相应进展，并探讨光子晶体在各个领域的最新研究状况。 关键词：光子晶体研究进展 1 引言 自光子晶体这一概念提出以来，它就成为各个学科领域的科学家们关注的热点。光子晶体(Photonic crystals)材料又称为光子带隙(Photonic band gap,PBG)材料,指介电常数(折射率)周期性变化的材料。电子在固态晶体的周期性势垒下能形成电子带隙,光子晶体的周期性晶格对光的布拉格散射可以形成光子带隙, 频率处在光子带隙中的光被禁止进入光子晶体。若光子晶体中某个地方不满足周期性,即引入了缺陷,禁带中就会出现缺陷态,缺陷态具有很高的光子态密度。采用各种材料,设计不同的光子晶体结构和引入不同的缺陷类型以及缺陷组合,可以制作出功能和特性各异的微纳光子器件。因光子晶体具有光子带隙和光子局域两大优越特点，所以它在发光二极管、多功能传感器、光通讯、光开关、光子晶体激光器等现代高新技术领
域[3-4]有着广泛应用。当前所制备的光子晶体大多不可调，但对于可调制光子晶体的带隙可以调控，电介质的折射率和光子晶体的晶格常数决定了光子带隙的宽度和位置，故改变外部环境，如加电场、磁场、压力或温度等，均能对光子禁带进行调制。因此可调控的光子晶体成为各个应用领域的研究热点和方向。 2 光通信技术方向的研究进展 传统波导利用的是全内反射原理，当波导弯曲较大时，电磁波在其中的传播不再符合全反射原理，以至于弯曲损耗较大。而光子晶体波导采用的是不同方向缺陷模共振匹配原理，因而光子晶体波导不受转角限制，有着极小的弯曲损耗。理论上，当波导弯曲 90°时，传统波导会有 30％的损失，而光子晶体波导的损耗只有 2%[5]。另外，光子晶体波导的尺度可以做得很小，达到波长量级；因此，光子晶体波导不仅在光通信中有着十分重要的应用，在未来大规模光电集成、光子集成中也将具有极其重要的地位。 光子晶体光纤(PCF) 由于它的包层中二维光子晶体结构能够以从前没有的特殊方式控制纤芯中的光波,使其具有诸多优异的光学特性,如无截止单模传输特性、可调节的色散特性、高双折射特性、大模面积和高非线性特性等,因此PCF的研究一直是光通信和光电子领域科学家们关注的热点。目前，世界各国对PCF的研究如火如荼,在PCF的色散、带隙、非线性特性及应用方面均有了长足进展。PCF的
光纤激光器的分类
光纤激光器的分类 光纤激光器种类很多，根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可以有多种不同的分类方式。根据目前光纤激光器技术的发展情况，其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种： （1）按增益介质分类为： a）晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:YAG单晶光纤激光器等。 b）非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。 c）稀土类掺杂光纤激光器。向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，（Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等，基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶）而制成光纤激光器。 d）塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 （2）按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。 （3）按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。 （4）按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器，其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调Q光纤激光器（脉冲宽度为ns量级）和锁模光纤激光器（脉冲宽度为ps或fs量级）。 （5）根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。 （6）根据激光输出波长的可调谐特性分为可调谐单波长激光器，可调谐多波长激光器。 （7）按激光输出波长的波段分类为S-波段（1460~1530 nm）、C-波段（1530~1565 nm）、L-波段（1565~1610 nm）。 （8）按照是否锁模，可以分为：连续光激光器和锁模激光器。通常的多波长激光器属于连续光激光器。 按照锁模器件而言，可以分为被动锁模激光器和主动锁模激光器。 其中被动锁模激光器又有: 等效/假饱和吸收体：非线性旋转锁模激光器（8字型，NOLM和NPR） 真饱和吸收体： SESAM或者纳米材料（碳纳米管或者石墨烯）。
半导体激光器研究的依据及意义-Read
半导体激光器研究的依据及意义 信息技术已成为当今全球性战略技术。以光电技术和微电子技术为基础所支持的通信和网络技术已成为高技术的核心，正在深刻影响国民经济、国建设的各个领域。其中，半导体激光器起着举足轻重的作用 半导体激光器 ，其转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制以及与其它半导体器件集成的能力强等特点而成为信息技术的关键器件。在光谱技术、光外差探测、医疗、加工等领域得到愈来愈广泛的应用。目前，它已是固体激光器泵浦、光纤放大器泵浦中不可替代的重要光源。 但是，半导体激光器正常工作时，需要稳定的环境温度。环境温度的变化以及激光器运转时器件发热而导致其温度起伏，将直接影响激光器输出功率的稳定性和运行的安全可靠性，甚至造成半导体激光器的损坏。因此，半导体激光器的驱动电源温度控制问题越来越受到人们的重视。 阀值是所有激光器所具有的特性，它标志着激光器的增益与损耗的平衡点。由于半导体激光器是直接注入电流的电子—光子转换器件，因此其阀值是常用电流密度或者电流来表示的。温度是影响半导体激光器阀值特性的主要因素。温度对阈值电流密度的影响由下面公式 J th （T ）=J th （T r ）exp[(T-T r )/T 0] 1. (1) 给出。T 为半导体激光器的工作温度，T r 为室温，J th （T ）为工作温度 下的阈值电流密度，J th （T r ）为室温下的阈值电流密度，T 0是表征半导 体激光器温度稳定性的特征温度，它与激光器所使用的材料及结构有关。 温度的变化也影响半导体激光器的激光波长，λ=2nL/m 1.(2) 中，n 为折射率，m 是模数，波长λ随折射率n 和长度L 较大程度的影响。波长λ对T 微分，这里，折射率是温度和波长的函数，即： (1/λ)(d λ/dT)=(1/n)(аn/аλ)T (d λ/dT)
YLPM激光器使用说明
●更宽的频率调节范围（1.6kHz～1000kHz）； ●更高的峰值功率； ●可广泛应用于塑胶按键及阳极铝打黑等项目上。 ●更快的开关光速度，打标速度更快。 在安装打标软件时，注意选择选择“YLPM型激光器”， 在控制界面，YLP-M比YLP-F多了一个打标参数：激光模式。共有8种激光模式可选。可直接把所需的模式填入。 8种模式都有标称频率，即RR值，如果设定的频率低于该值时，激光器会自动降低输出功率，以保护激光器。 其中，T1模式配160镜头可在阳极铝上打黑，其效果类似皮秒激光器； T2模式配254镜头也可在阳极铝上打黑，效果可与SPI激光器的3号波形的
效果媲美； 而打标参数与SPI 激光器3号波形下的参数大致相同。 另，T2模式可用在含激光粉的PC，ABS材料上打白。 6.1ns T2模式，RR=200kHz，上升时间：3.8ns，50%时的脉冲宽度：8.4ns，10%时的脉冲宽度： 15.4ns T3模式, RR=125kHz，上升时间：3.8ns，50%时的脉冲宽度：14.4ns，10%时的脉冲宽度：21.1n s T4模式, RR=105kHz，上升时间：3.8ns，50%时的脉冲宽度：14.9ns，10%时的脉冲宽度：26.3ns T5模式, RR=85kHz，上升时间：4.0ns，50%时的脉冲宽度：14.6ns，10%时的脉冲宽度：31.5ns
T6模式, RR=60kHz，上升时间：3.2ns，50%时的脉冲宽度：14.8ns，10%时的脉冲宽度：53.6ns T7模式, RR=40kHz，上升时间：3.3ns，50%时的脉冲宽度：24.5ns，10%时的脉冲宽度：100.3ns
论光子晶体光纤技术的现状和发展
论光子晶体光纤技术的现状和发展 摘要: 光子晶体光纤，又称多孔光纤或微结构光纤，以其独特的光学特性和灵活的设计成为近年来的热门研究课题。光子晶体光纤在外观上和传统的普通单模光纤非常相似，但微观上光子晶体光纤的横截面完全不同。近年来，国内外的很多大学和科研单位都在积极开展光子晶体光纤的研究工作。本文阐述了PCF的一些独特光学性质、制作技术及其一些重要应用，介绍了PCF的发展以及最新成果。关键词:光子晶体,光子晶体光纤,非线性 1 引言 1987年Yabnolovitch 在讨论如何抑制自发辐射时提出了光子晶体这一新概念。几乎同时，John 在讨论光子局域时也独立提出。如果将不同介电常数的介电材料构成周期结构，电磁波在其中传播时由于布拉格散射，电磁波会受到调制而形成能带结构，这种能带结构叫做光子能带。光子能带之间可能出现带隙，即光子带隙。具有光子带隙的周期性介电结构就是光子晶体，或叫做光子带隙材料，也有人把它叫做电磁晶体。 光子晶体光纤（photonic crystal fiber，PCF），又称多孔光纤或微结构光纤，以其独特的光学特性和灵活的设计成为近年来的热门研究课题。这类光纤是由在纤芯周围沿着轴向规则排列微小空气孔构成，通过这些微小空气孔对光的约束，实现光的传导。独特的波导结构，灵活的制作方法，使得PCF与常规光纤相比具
有许多奇异的特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域[1]。在光纤激光器这一领域内，PCF经专门设计可具有大模面积且保持无限单模的特性，有效地克服了常规光纤的设计缺陷。以这种具有新颖波导结构和特性的光纤作为有源掺杂的载体，并把双包层概念引入到光子晶体光纤中，将使光纤激光器的某些性能有显著改善。近年来，国内外的很多大学和科研单位都在积极开展光子晶体光纤激光器的研究工作[2]。目前，国外输出功率达到几百瓦的光子晶体光纤激光器已有报道。本文阐述了PCF的一些独特光学性质、制作技术及其理论研究方法，介绍了PCF 的发展以及最新成果。 2 光子晶体光纤概述 2.1 光子晶体光纤导光原理 光子晶体光纤的概念基于光子晶体，按其传导机制可分为带隙型光子晶体光纤（PBG-PCF）和折射率引导型光子晶体光纤（TIR-PCF）两类[3]。 带隙型光子晶体光纤是一种具有石英-空气光子晶体包层的空芯石英光纤，其包层横截面的折射率具有规则的周期分布，通过包层光子晶体的布拉格衍射来限制光在纤芯中传播的在满足布拉格条件时出现光子带隙，对应波长的光不能在包层中传播，而只能限制在纤芯中传播，见图2-1（a）。 折射率引导型光子晶体光纤的导光机制与传统光纤类似，包层由石英-空气周期介质构成，中心为SiO2构成的实芯缺陷。由于纤芯折射率高于包层平均折射率，光波在纤芯中依靠全内反射传播。由于包层含有气孔，与传统光纤的实芯熔融硅包层不同，因而这种导光机制叫做改进的全内反射，见图2-1（b）