激光器原理图解
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发布时间：2024-04-07 15:28
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时间：2024-04-19 12:42
▲边发射
▲面发射
VCSEL
VCSEL，叫垂直腔面发射
?垂直腔，两组布拉格光栅做发射腔
▲VCSEL历史
▲VCSEL应用
▲典型氧化物*结构
这个*，一是*光场，二是降低阈值电流
FP与DFB
FP与DFB都是边发射激光器，FP结构的激光器，是通过两侧反射镜做光反馈，DFB是通过光栅做光反馈
▲FP的反射腔
▲DFB的布拉格反射
▲FP无需刻蚀光栅，工艺简单
▲DFB需要刻蚀光栅，工艺复杂
▲FP是多纵模激光器
▲DFB是单纵模激光器
DFB的RWG与BH结构
DFB激光器应用广泛，常用的RWG结构，与BH结构
▲紫色是波导结构
RWG，脊波导，上图紫色是波导设计，工艺简单
BH，异质掩埋，掩埋的是有源层，工艺复杂
为什么要掩埋？
RWG结构的有源层是下图这样
脊型波导，再通过两侧折射率差，将光场压缩至椭圆形，下图
掩埋结构，把有源层做窄
那它的光场压下来，就是接近于圆形
BH结构的圆形光斑，非常适用于通信，与光纤耦合效率高，功率大，阈值电流低（功耗低）
EML
EML，是DFB结构与EAM电吸收调制器的集成器件
半导体有激子吸收效应，也就是可以吸收光，那DFB的光，一会儿吸收一会儿不吸收，对外界看起来就是1,0的区别
▲EML ▼DML
电吸收调制器原理
外加电场后，能带发射概念
吸收波长偏移，产生调制效果
DBR激光器
DBR激光器与DFB类似，只一半光栅，可以通过电流调整相位，也就是说可以通过电流的大小，调谐输出波长
可调谐激光器
可调谐激光器，就是能调输出波长，上一类的DBR是可以做调谐的。
最简单的一种，就是温度调谐，DFB激光器可以随温度变化而变化，那让他工作在不同温度，就可以实现不同波长
把激光器级联起来，就可以调更多的波长了的。
另一种，就是双臂结构，设计俩激光器（各种类型都行），用游标效应。
咱FP出来的是多纵模，
两组FP，纵模间隔略作差异设计
能对准的就可以激射，向游标卡尺一样
这种双臂结构，有好些设计，原理都类同
还有已与采样光栅的DBR
量子级联激光器
量子级联激光器主要用在
咱们DFB是多量子阱结构（十来个），量子级联就是3个，通过量子隧穿三步完成激射
电子不断从高能级向低能级跳，辐射出光子能量
QCL量子级联激光器，同样可以做FP、DFB、外腔调制各种类型，波长集中在红外
气体激光器
气体激光器是用气体做增益物质，CO2激光器是应用比较多的一种，主要在激光加工行业
CO2激光器，有一种辅助气体氮气，电击中氮气后，能量增加会被CO2吸收，再通过两侧反射镜，就激射出光
光纤激光器
光纤激光器，增益物质叫增益光纤
普通传输信号的光纤是单包层，不产生增益
增益光纤是双包层
在泵浦光的作用下，纤芯就吸收能量，产生增益。增，就是放大
光纤激光器，主要用于激光加工行业
准分子激光器
准分子激光器，也是一种气体激光器，他俩的区别在于CO2做不了超快激光器，它的加工过程产生热量，对加工面有损伤
准分子激光器，破坏的是物质的肽键，对加工面不产生破坏力
准分子的准，是说常态下这些分子不存在，只有激发状态下才有，常用这些惰性气体做准分子激光器，193nm是半导体光刻工艺中最常用的
常态下没有ArF这种分子，分别是蓝色的氟和红色的氩
收到激发时，产生一个极端时间的ArF分子，从高能级跳下时分开同时产生一颗光子
这个超短脉冲，破坏分子肽键，这就是加工过程
世界上第一台激光器--红宝石激光器
1960年，梅曼发明第一台激光器，是红宝石激光器
用红宝石做增益物质，在泵浦灯光作用下产生辐射，通过两个反射片进行放大，就是LASER，受激辐射光放大
YAG激光器
类似，把红宝石晶体，换成钇铝石榴石，就叫YAG激光器，也是用于激光加工市场
自由电子激光器
这是用于军事上的一类能量激光武器，可以穿透钢板
目前体积也很大
它的原理很简单，用电子摆动起来（像波），光是电磁波
用波动的电子做谐振，产生加速，产生巨大的光能量
如何让电子产生波动性？磁可以改变电的方向
用一组极*替分布的磁，让电子穿过去
电子就产生扭摆
这就成了自由电子激光器
太赫兹激光器
太赫兹，是个新兴技术，它的电磁波频谱介于微波与红外之间，（国华用绿色标志），刚好位于电学与光学范畴的交接点，太赫兹可以用于安检、以及早期癌症检测等等领域
它既可以做太赫兹电学应用，也可以做光学应用，光学上加反射腔等也可以做激光器
用超短激光打在两片电极中间，就可以激射出太赫兹波
它的电极（电学范畴这样）
太赫兹的传输，发射与接收
去年，MIT 在nature发表一个中红外太赫兹激光器，波长100um
▲激射太赫兹
▲同频同相，进行锁频放大
