1、關(guān)于發(fā)光與光電耦合器1第1頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四2l 光具有波粒二象性 原子內(nèi)有若干電子圍繞原子核不斷運動；運動有多種 可能狀態(tài)；不同運動狀態(tài)的電子具有不同能量；當它 們的運動受到干擾時就可能發(fā)射出電磁波。 光的本質(zhì)及產(chǎn)生假設(shè)E0 、 E1為電子的兩個運動狀態(tài)，E0為基態(tài)，電子受激獲得一定能量而躍遷到激發(fā)態(tài)E1，當電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時，能量從E1變到E0，此時發(fā)射光子的頻率為：h為普朗克常數(shù)第2頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四3光源 通常人們把物體向外發(fā)射出可見光的現(xiàn)象稱為發(fā)光。但對光電技術(shù)領(lǐng)域來說，光輻射還包括紅外、紫外等不可見波段

2、的輻射。發(fā)光常分為由物體溫度高于絕對零度而產(chǎn)生物體熱輻射和物體在特定環(huán)境下受外界能量激發(fā)的輻射。前者被稱為熱輻射，后者稱為激發(fā)輻射，激發(fā)輻射的光源常被稱為冷光源。第3頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四4 l 任何高于絕對溫度0K的物體都具有熱輻射。 l 溫度輻射的頻率與強度取決于熱平衡時的溫度。 l 自然界中的任何物體都是熱輻射體。 溫度低的物體發(fā)紅外輻射，500左右時物體的溫度輻射開始發(fā)部分暗紅色的可見光。溫度越高，發(fā)出的輻射波長越短；大約在1500時的溫度輻射體開始發(fā)白光。應(yīng)用：熱輻射是紅外探測技術(shù)和溫度非接觸測量的依據(jù)。熱輻射（溫度輻射）-連續(xù)光譜第4頁，共132頁

3、，2022年，5月20日，7點7分，星期四5 激勵可以使發(fā)光物質(zhì)產(chǎn)生光，外界提供激勵能的形式可有多種方式，常用的有以下幾種方法：電致發(fā)光、光致發(fā)光、化學(xué)發(fā)光等。1 電致發(fā)光 物質(zhì)中的原子或離子受到被電場加速的電子的轟擊，使原子中的電子從被加速的電子那里獲得動能，由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)；當它由受激狀態(tài)回復(fù)到正常狀態(tài)時，就會發(fā)出輻射。這一過程稱為電致發(fā)光。 例如： 發(fā)光二極管所產(chǎn)生的光就是電致發(fā)光。 激發(fā)輻射的產(chǎn)生方法 第5頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四6 2光致發(fā)光 物體被光直接照射或預(yù)先被照射而引起自身的輻射稱為光致發(fā)光。 例如： l熒光、示波管、顯象管、日光燈等中熒光

4、物質(zhì)的余輝；l鈉光燈被另一鈉光燈照射發(fā)出的黃光(稱為共振輻射)；l短波長的紫外光照射到雜質(zhì)(油污)上發(fā)出波長較長的可見熒光。 光致發(fā)光原理 當光投射到物質(zhì)上時，光子直接與物質(zhì)中的電子起作用(吸收、動量傳遞等)，引起電子能態(tài)的改變，電子由高能態(tài)躍遷到低能態(tài)過程中發(fā)出輻射。第6頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四7 3 化學(xué)發(fā)光 由化學(xué)反應(yīng)提供能量而引起的發(fā)光，稱化學(xué)發(fā)光。 例如：磷在空氣中緩慢氧化而發(fā)光。 實際上，物質(zhì)受激而發(fā)光是很復(fù)雜的，有些同屬幾種受激過程。總結(jié)：溫度輻射是一種能達到平衡狀態(tài)的輻射。也稱熱輻射，即熱平衡狀態(tài)的輻射。光譜為連續(xù)譜。激發(fā)輻射是一種非平衡輻射，即

5、以一種外加能量轉(zhuǎn)換成光能的過程。其光譜包括線光譜、帶光譜和連續(xù)光譜。 第7頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四8按照輻射來源不同，光源分為：自然光源與人工光源。按照光波在時間空間上的相位特征，一般將光源分成相干光源和非相干光源。 按照發(fā)光機理，光源又可分成：熱輻射光源，氣體發(fā)光光源，固體發(fā)光光源和激光器四種。光源的分類第8頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四9光源熱輻射光源氣體放電光源固體發(fā)光光源激光器太陽白熾燈、鹵鎢燈黑體輻射器汞燈、熒光燈、鈉燈氙(xian)燈、金屬鹵化物燈氘(dao)燈、空心陰極燈場致發(fā)光燈發(fā)光二極管氣體激光器、固體激光器染料激光器

6、、半導(dǎo)體激光器由物體溫度高于絕對零度而產(chǎn)生的物體熱輻射，稱為熱輻射光源。由于物體在特定環(huán)境下受外界能量激發(fā)而產(chǎn)生輻射，為激發(fā)輻射，其光源被稱為冷光源。冷光源按激發(fā)方式分可分為光致發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、摩擦發(fā)光、陰極射線致發(fā)光、電致發(fā)光等。第9頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四106.1 發(fā)光二極管的基本工作原理與特性1907年首次發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體二極管在正向偏置的情況下發(fā)光。70年代末，人們開始用發(fā)光二極管作為數(shù)碼顯示器和圖像顯示器。近十年來，發(fā)光二極管的發(fā)光效率及發(fā)光光譜都有了很大的提高，用發(fā)光二極管作光源有許多優(yōu)點。 1.它體積小，重量輕，便于集成；2.工作電壓低，耗電少，驅(qū)動簡

7、便，容易用計算機控制；3.它既有單色性好的單色發(fā)光二極管，又有發(fā)白光的發(fā)光二極管；4. 發(fā)光亮度高，發(fā)光效率高，亮度便于調(diào)整。 第10頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四11 發(fā)光二極管（即LED）是一種注入電致發(fā)光器件，它由P型和 N型半導(dǎo)體組合而成。其發(fā)光機理常分為PN結(jié)注入發(fā)光與異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光兩種。 6.1.1 發(fā)光二極管的發(fā)光機理第11頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四12由某原因激勵到高能級的粒子，沒有外刺激的情況下，自己躍遷到低能級，發(fā)出光的現(xiàn)象自發(fā)輻射E1E2h =E2-E1特征頻率(波長),相位,偏振,傳播方向是隨機的t激勵作用原子模型

8、第12頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四13 制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重摻雜的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)很多自由電子，P區(qū)有很多空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能自然復(fù)合。1. PN結(jié)注入發(fā)光內(nèi)電場空間電荷區(qū)PN多子空穴多子電子第13頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四14 當加以正向電壓時，N區(qū)導(dǎo)帶中的電子可越過PN結(jié)的勢壘進入P區(qū)。P區(qū)的空穴也向N區(qū)擴散，于是電子與空穴有機會相遇，復(fù)合發(fā)光。由于空穴遷移率低于自由電子，則復(fù)合發(fā)光主要發(fā)生在p區(qū)。復(fù)合過程是電子從高能級跌落到低能級過程，這屬于自發(fā)輻射，是非相干光。 光的顏色（波長）決定于材

9、料禁帶寬度Eg，光的強弱與電流有關(guān) 內(nèi)電場空間電荷區(qū)PN多子空穴多子電子第14頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四15電子和空穴復(fù)合，所釋放的能量Eg等于PN結(jié)的禁帶寬度（即能量間隙）。所放出的光子能量用h表示，h為普朗克常數(shù)，為光的頻率。則普朗克常數(shù)h=6.610-34J.s；光速c=3108m/s；Eg的單位為電子伏（eV），1eV=1.610-19J。 hc=19.810-26mWs=12.410-7meV?？梢姽獾牟ㄩL近似地認為在710-7m以下，所以制作發(fā)光二極管的材料，其禁帶寬度至少應(yīng)大于h c /=1.8 eV 普通二極管是用鍺或硅制造的，這兩種材料的禁帶寬度

10、Eg分別為0.67eV和1.12eV，顯然不能使用。第15頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四16 電子和空穴復(fù)合時放出能量的大小，即光子的能量，取決于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg(Eg=E1-E0)，放出的能量越大，發(fā)出的光輻射波長就越短，即例如：GaAs材料的禁帶寬度Eg=1.43eV, 則光輻射波長為： 第16頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四17 半導(dǎo)體內(nèi)還因為存在微量雜質(zhì)而發(fā)生導(dǎo)帶雜質(zhì)能級、雜質(zhì)能級與價帶，以及雜質(zhì)能級之間的躍遷，這些躍遷的距離小于導(dǎo)帶到價帶的禁帶寬度，并在禁帶寬度附近的能級區(qū)域。這樣造成了發(fā)光二極管發(fā)射出來的譜線具有一定的寬度。

11、由此可見，發(fā)光二極管發(fā)出的波長和譜帶寬度主要取決于發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料及其摻雜材料。 在LED中，向各個方向發(fā)出的光是自發(fā)發(fā)射的。第17頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四18光輸出P-AIxGa1-xAsN-AIyGa1-yAsP- GaAs反型異質(zhì)結(jié)同型異質(zhì)結(jié) 圖中P-GaAs（砷化鎵）是復(fù)合區(qū)（有源區(qū)），它和相鄰的P-AlxGa1-xAs（砷化鎵摻鋁）層構(gòu)成同型異質(zhì)結(jié)，而和N-AlyGa1-yAs構(gòu)成反型異質(zhì)結(jié)。這兩個異質(zhì)結(jié)起限制載流子（電子和空穴）作用，是載流子有效的集中在P-GaAs區(qū)內(nèi)復(fù)合發(fā)光，故其內(nèi)部量子效率非常高，這是半導(dǎo)體發(fā)光二極管所要求的。 同時，將復(fù)

12、合區(qū)夾在低折射率的兩種半導(dǎo)體材料之間，起到限制光子的作用。(2) 雙異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光 第18頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四19 按光輸出的位置不同，發(fā)光二極管可分為面發(fā)射型和邊發(fā)射型 2. 基本結(jié)構(gòu) (1) 面發(fā)光二極管 有源區(qū) 圓形金屬觸點SiO2絕緣層SiO2絕緣層金屬化層熱沉雙異質(zhì)結(jié)層襯底限制層接合材料金屬化層光纖圓形蝕刻孔 圖所示為波長0.80.9m的雙異質(zhì)結(jié)面發(fā)光型LED的結(jié)構(gòu)。有源發(fā)光區(qū)是圓形平面，直徑約為50m。厚度小于2.5m。 一段光纖(尾纖)穿過襯底上的小圓孔與有源發(fā)光區(qū)平面正垂直接入，用以接收有源發(fā)光區(qū)平面射出的光，光從尾纖輸出。有源發(fā)光區(qū)光束的水

13、平、垂直發(fā)散角均為120。第19頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四20(2) 邊發(fā)光二極管 圖6-4所示為波長1.3m的雙異質(zhì)結(jié)邊發(fā)光型LED的結(jié)構(gòu)。它的核心部分是一個N型AIGaAs有源層，及其兩邊的P型AIGaAs和N型AIGaAs導(dǎo)光層(限制層)。導(dǎo)光層的折射率比有源層低，比周圍其他材料的折射率高，從而構(gòu)成以有源層為芯層的光波導(dǎo)，有源層產(chǎn)生的光輻射從其端面射出。 為了和光纖的纖芯尺寸相配合，有源層射出光的端面寬度通常為5070m，長度為100150m。邊發(fā)光LED的方向性比面發(fā)光器件要好，其發(fā)散角水平方向為2535，垂直方向為120。 第20頁，共132頁，2022

14、年，5月20日，7點7分，星期四213. LED的特性參數(shù) (1) 發(fā)光光譜和發(fā)光效率 LED的發(fā)光光譜：指LED發(fā)出光的相對強度(或能量)隨波長(或頻率)變化的分布曲線。它直接決定著發(fā)光二極管的發(fā)光顏色，并影響它的發(fā)光效率。發(fā)射光譜由材料的種類、性質(zhì)以及發(fā)光中心的結(jié)構(gòu)決定的，而與器件的幾何形狀和封裝方式無關(guān)。描述光譜分布的兩個主要參量是它的峰值波長m和發(fā)光強度的半寬度 。峰值波長由材料的禁帶寬度決定： mhc/ Eg 對大多數(shù)半導(dǎo)體材料由于折射率大，在發(fā)射光逸出半導(dǎo)體之前，在樣品內(nèi)已經(jīng)經(jīng)過了多次反射，因為短波長比長波長更容易被吸收，所以峰值波長對應(yīng)的光子能量比禁帶寬度對應(yīng)的光子能量小些第21

15、頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四22圖6-5給出了GaAs0.6Po.4 和GaP的發(fā)射光譜。當GaAs1xPx中的x值不同時，峰值波長在620680nm之間變化，譜線半寬度大致為2030nm。GaP發(fā)紅光的峰值波長在700nm附近，半寬度大約為100nm。 峰值光子的能量還與溫度有關(guān)，它隨溫度的增加而減少。在結(jié)溫上升時，譜帶波長以0.20.3nm/的比例向長波方向移動。 第22頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四23 LED的發(fā)光效率：發(fā)光二極管發(fā)射的光通量與輸人電能之比表示發(fā)光效率，單位lm/W；也有把發(fā)光強度與注入電流之比稱為發(fā)光效率，單位為c

16、dA（坎/安）。發(fā)光效率由內(nèi)部量子效率與外部量子效率決定。內(nèi)部量子效率: 式中，neo為每秒發(fā)射出的光子數(shù), ni為每秒注入到器件的電子數(shù),r是輻射復(fù)合的載流子壽命,rn是無輻射復(fù)合的載流子壽命。由式中可以看出，只有rnr，才能獲得有效的光子發(fā)射。 第23頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四24 光子通過半導(dǎo)體有一部分被吸收，有一部分到達界面后因高折射率（折射系統(tǒng)的折射系數(shù)約為34）產(chǎn)生全反射而返回晶體內(nèi)部后被吸收，只有一部分發(fā)射出去。提高外部量子效率的措施：用比空氣折射率高的透明物質(zhì)如環(huán)氧樹脂（n2 =1.55）涂敷在發(fā)光二極管上；把晶體表面加工成半球形；用禁帶較寬的晶體

17、作為襯底，以減少晶體對光吸收。 外部量子效率定義單位時間發(fā)射到外部的光子數(shù)單位時間內(nèi)注入到器件的電子-空穴對數(shù)第24頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四25 發(fā)光二極管的時間短于1s，比人眼的時間響應(yīng)要快得多，但用作光信號傳遞時，響應(yīng)時間又顯得太長。 如圖，通常發(fā)光二極管的外部發(fā)光效率均隨溫度上升而下降。 (2)時間響應(yīng)特性與溫度特性第25頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四26(3) 發(fā)光亮度與電流的關(guān)系 發(fā)光二極管的發(fā)光亮度L是單位面積發(fā)光強度的量度。在輻射發(fā)光發(fā)生在P區(qū)的情況下，發(fā)光亮度L與電子擴散電流idn之間的關(guān)系為 (6-3) 式中，是載流子

18、輻射復(fù)合壽命r和非輻射復(fù)合壽命nr的函數(shù) 如圖6-7所示為GaAsl-xPx、Gal-xAlxAs和GaP(綠色)發(fā)光二極管的發(fā)光亮度與電流密度的關(guān)系曲線。第26頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四27(4) 最大工作電流 若LED的最大功耗為Pmax，則其最大的電流為 (6-4)式中，rd為LED的內(nèi)阻；If、Uf均為它在較小電流時的電流和壓降. 若工作電流較小，LED發(fā)光效率隨電流的增加而明顯增加，但電流增大到一定值時，發(fā)光效率不再增加；相反，發(fā)光效率隨電流的增大而降低。圖6-8所示為發(fā)紅光的GaP發(fā)光二極管內(nèi)量子效率in的相對值與電流密度J及溫度T的關(guān)系。隨著電流密度

19、的增加，pn結(jié)溫度升高,將導(dǎo)致熱擴散，使發(fā)光效率降低。 第27頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四28(5) 伏安特性 LED的伏安特性如圖6-9所示,它與普通二極管的伏安特性大致相同。電壓小于開啟點的電壓值時無電流，電壓一超過開啟點就顯示出歐姆導(dǎo)通特性。這時，正向電流與電壓的關(guān)系為 iioexp(U/mkT) (6-5) 式中，m為復(fù)合因子。在較寬禁帶的半導(dǎo)體中，當電流iE1)的原子數(shù)分別為N1和N2。 當系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)時，存在下面的分布 式中， k=1.38110-23J/K，為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。由于(E2-E1)0，T0，所以在這種狀態(tài)下，總是N1N2

20、。 這是因為電子總是首先占據(jù)低能量的軌道。第56頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四57 受激吸收和受激輻射的速率分別比例于N1和N2，且比例系數(shù)(吸收和輻射的概率)相等。 如果N1N2，即受激吸收大于受激輻射。當光通過這種物質(zhì)時，光強按指數(shù)衰減， 這種物質(zhì)稱為吸收物質(zhì)。 如果N2N1，即受激輻射大于受激吸收，當光通過這種物質(zhì)時，會產(chǎn)生放大作用，這種物質(zhì)稱為激活物質(zhì)。N2N1的分布，和正常狀態(tài)(N1N2)的分布相反，所以稱為粒子(電子)數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 導(dǎo)帶 價帶 導(dǎo)帶 價帶正常分布反轉(zhuǎn)分布第57頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四58問題: 怎樣實現(xiàn)粒子數(shù)

21、反轉(zhuǎn)？用外界作去激發(fā)處在低能級的原子，使原子處在高能級上，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。這種用來激發(fā)低能級原子向高能級躍遷的作用稱泵浦。泵浦方法：固體激光器：光譜適當?shù)貜姽鉄?；氣體激光器：氣體電離；半導(dǎo)體激光器：注入載流子。第58頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四593. 諧振腔激勵能源全反射鏡部分反射鏡激光光學(xué)諧振腔的作用： 1.使激光具有極好的方向性（沿軸線）； 2.增強光放大作用（延長了工作物質(zhì)）； 3.使激光具有極好的單色性（選頻）。第59頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四606.3 半導(dǎo)體激光器6.3.1半導(dǎo)體激光器（Laser Diode）的發(fā)光原

22、理半導(dǎo)體激光器也稱為激光二極管(LD)，是一種光學(xué)振蕩器。諧振腔：半導(dǎo)體介質(zhì)的自然解理面 構(gòu)成平行平面腔 泵浦源：通常采用電壓很低的直流電源激光工作物質(zhì)：直接帶隙半導(dǎo)體材料-砷化稼(GaAs)、 砷化銦(InAs)、鋁稼砷(A1xGaAs)、銦磷砷 (InPxAs)等等 第60頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四61光增益ECEV1. 半導(dǎo)體激光器發(fā)光機理（1）激光介質(zhì)的增益系數(shù)g第61頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四62 若入射光強為I0，在激光介質(zhì)內(nèi)傳播至z處的光強為I，傳播至z+dz處的光強為I+dI，則我們定義激光介質(zhì)的增益系數(shù)g為：g=dI

23、/(IdZ) 光穿過厚度為dz介質(zhì)的情況因此激光介質(zhì)的增益系數(shù)g就是光通過單位長度激光介質(zhì)后光強的相對增長率。第62頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四63（2）激光介質(zhì)的損耗 實際上，介質(zhì)的光損耗就是對光的負增益。因此激光介質(zhì)的損耗系數(shù): 就是光通過單位長度激光介質(zhì)后光強相對衰減率。只有當增益大于或者等于損耗時，才能建立起穩(wěn)定的振蕩，這一增益稱為閾值增益。為達到閾值增益所要求的注入電流稱為閾值電流。a. 介質(zhì)的不均勻性造成光線的折射或散射，使得光線偏離軸線方向飛出腔外。氣體激光器中這類損耗較小，固體激光器中這類損耗較大。b. 介質(zhì)中存在某些能級差正好與激光頻率對應(yīng)，引起光

24、子吸收。在光增益的同時，激光介質(zhì)也有一定的光損耗。第63頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四64（3）如果粒子數(shù)不隨傳播距離z而變化 ，則增益系數(shù)g是一個常數(shù)，并稱為小信號增益系數(shù)。則 I=I0egz可見激光介質(zhì)中的光強是隨傳播距離按指數(shù)規(guī)律增長問題：光在介質(zhì)中的放大一直持續(xù)下去？不會。因為每經(jīng)過一次受激躍遷，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度都要降低，當增益不再超過損耗時，放大就停止。第64頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四65 通常是由具有一定幾何形狀和光學(xué)反射特性的兩塊反射鏡(解理面）按特定的方式組合而成。作用：提供正反饋和增益,維持受激輻射的持續(xù)振蕩。對腔內(nèi)往返振

25、蕩光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。諧振腔在激光物質(zhì)的兩測放置相互平行的反射面。作用是讓所選光能在其內(nèi)反復(fù)振蕩而加強 。光在共振腔內(nèi)獲得增益，當腔內(nèi)增益大于損耗，產(chǎn)生激光振蕩。第65頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四66增益損耗增益損耗增益=損耗增益和損耗第66頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四67LD的發(fā)光過程注入電流，即注入載流子；在有源區(qū)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，導(dǎo)帶電子不穩(wěn)定，少數(shù)電子自發(fā)躍遷到價帶，產(chǎn)生光子；1個光子被導(dǎo)帶中電子吸收躍遷到價帶，同時釋放出2個相干光子，持續(xù)這個過程，直到釋放出多個相干光子，即在合適的腔內(nèi)

26、振蕩放大；光子穩(wěn)定振蕩，光能量大于總損耗時，LD開始工作。第67頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四682. 激光器工作模式 在穩(wěn)定工作時，平面波在腔內(nèi)往返一次應(yīng)保持不變以平面平行腔為例:設(shè)M1點處光電場為：在長度為L，功率增益系數(shù)為g, 光腔往返一次后，為：由介質(zhì)增益導(dǎo)致振幅變化為：考慮激光器內(nèi)介質(zhì)吸收和散射損耗：R1和R2為端面反射率，int為腔內(nèi)總損耗率，為平面波的波數(shù)第68頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四69在穩(wěn)定工作時，平面波在腔內(nèi)往返一次應(yīng)保持不變有:令兩邊振幅和相位分別相等，則：振幅條件：（m為整數(shù)）相位條件：第69頁，共132頁，20

27、22年，5月20日，7點7分，星期四70激光器穩(wěn)定工作的相位條件：m為整數(shù)2kL=2m 波數(shù)k=2nv/cL為光腔長度n為增益介質(zhì)折射率激光器振蕩頻率vm=mc/2nLc/(2nL)滿足相位條件的縱模分布這些頻率對應(yīng)于激光器的縱向模式，和光腔長度有關(guān)第70頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四71 顯然產(chǎn)生激光要滿足閾值條件和相位條件。激光器穩(wěn)定工作的振幅條件： 只有當增益等于或大于總損耗時，才能建立起穩(wěn)定的振蕩，這一增益稱為閾值增益，理論推出在諧振腔內(nèi)開始建立穩(wěn)定的激光振蕩的閾值條件為。 式中，g為閾值增益系數(shù)，int為諧振腔內(nèi)激活物質(zhì)的損 耗系數(shù)，L為諧振腔的長度，R1，

28、R2 0、EG 0EGEA+_R當可控硅陽極加正向電壓EA時 ，一旦有足夠的門極電流IG流入時，就形成強烈的正反饋，即：IB2IC2 (=2IB2) IB1IC1( 1 IB1) 晶閘管導(dǎo)通后，去掉EG ， 依靠正反饋，仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。第120頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四121可控硅的特性：可控硅象二極管一樣，具有單向?qū)щ娦浴?電流只能從陽極流向陰極。當陽極與陰極之間加上反向偏壓時，只有極小的反向漏電流從陰極流向陽極，可控硅處于反向阻擋狀態(tài)。與二極管不同的是，可控硅具有正向?qū)ǖ目煽靥匦?當陽極加上正向電壓時，元件還不能導(dǎo)通，呈正向阻斷狀態(tài)，這是二極管不具有的。要

29、使可控硅正向?qū)ǔ岁枠O加上正向電壓外，還必須同時在門極和陰極之間加上一定的正向門極電壓UG，有足夠的門極電流IG流入。門極對元件能否正向?qū)ㄆ鹂刂谱饔谩．斂煽毓杓由险蜿枠O電壓后，門極加上適當?shù)恼蜷T極電壓，使可控硅導(dǎo)通的過程稱為觸發(fā)。第121頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四122可控硅一旦觸發(fā)后，門極對它將失去控制作用。 依靠正反饋，晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。因此在門極只要加正向脈沖電壓即可，稱為觸發(fā)電壓。門極在一定條件可使可控硅導(dǎo)通，但無法使其關(guān)斷。晶閘管關(guān)斷的條件：可降低陽極電源或增大負載電阻，使流過它的陽極電流Ia減小，當電流Ia減小到一定值時（約幾十毫安，稱為

30、維持電流IH），正反饋效應(yīng)不能維持，電流會突然降到零。將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反相電壓。第122頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四123U2UgUdttt0t1t2t3t4t5KU2IaUaUgUdRdEg第123頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四124含可控硅的光電耦合應(yīng)用電路-隔離作用如圖用邏輯電路的信號來觸發(fā)可控硅SCR，可控硅的負載為電感性的開關(guān)電路，采用光電耦合器后，負載所產(chǎn)生的尖峰噪聲不會反饋到邏輯電路。第124頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四125含可控硅的光電耦合器件在檢測裝置中的應(yīng)用R2J+EcJSCR+Ec報警裝置 圖為報警裝置的原理圖。發(fā)光器件發(fā)出的光照射在光敏三極管上，三極管飽和導(dǎo)通，從而使可控硅SCR處于截止狀態(tài)。在有物體通過光路時將會折斷光線，從而使光敏三極管截止，可控硅SCR被觸發(fā)導(dǎo)通，繼電器J吸合，接通音響電路，發(fā)出報警信號。然后可以按下復(fù)位按鈕AN便可解除報警。第125頁，共132頁，2022年，5月20日，7點7分，星期四1262. 雙向可控硅特點：相當于兩個晶閘管反向并聯(lián)，兩者共用一個控制極。符