Lasers
Lecturer: Mauro Mosca
(www.dieet.unipa.it/tfl)
A.A. 2015-16
University of Palermo –DEIM
Emission and absorption in radiation
Einstein relations
=
coefficienti di Einstein
(
)
Einstein relations
=
Einstein relations
Esercizio
Quale temperatura si dovrebbe
raggiungere per ottenere emissione
stimolata per delle frequenze ottiche
all’equilibrio termico (es. l = 632,8 nm)?
Dalla
e
h
kT
2
h
6,62  10 34  4,74  1014
T

 32 804 K
 23
k ln 2
6,62  10  ln 2
Two-levels laser
?? ??
Two-levels laser
Three-levels laser
Gain
mezzo
omogeneo
a =
!
Three
Four -levels laser
parzialmente riflettente
mezzo attivo
(amplificatore)
L O
A S E R
light OSCILLATOR
amplification by stimulated emission of radiation
FEEDBACK POSITIVO
Optical resonators
risonatore di Fabry-Perot
Laser oscillations
a =
gain in excess of loss
Laser properties
Modi longitudinali
Doppler shift
Esercizio
Quanti modi sono presenti a 300 K all’interno
dello spettro d’uscita di un laser He-Ne, la cui
cavità è lunga 50 cm?
Il Doppler shift dell’emissione dell’He-Ne a 300
K risulti pari a 1,5 GHz
distanza tra i modi
numero di modi dentro lo spettro =
Modi trasversali
off-axis rays also may interfere…
?......... of minima in x or y direction
suffixes number
Pulsed laser: Q-switching
Laser medium with high loss:
What does it happen if
?
Pulsed laser: Q-switching
Argon laser
Nd:YAG laser
Semiconductor Laser:
giunzione p-n all’equilibrio
p
n
EC
f = 0,7 – 0,8 V
EC
EF
EF
EV
EV
p
n
Semiconductor Laser:
drogaggio
con semiconduttori degeneri
p
EC
EF
ED
EF
EV
EA
n
Semiconductor Laser:
polarizzazione
p
n
EC
EF
EF
EV
p
n
V0
Semiconductor Laser:
polarizzazione
Semiconductor laser
transition that occurs
spontaneously
E
LED
transition stimulated
by incoming photons
E
(same Eg)
EC
V
optical
amplifier
x
positive feedback to the
stimulated transition
LASER
but…
Semiconductor laser:
lasing conditions
1)
Solution)
Semiconductor laser:
lasing conditions
2)
Solution)
V
g
edge-emitting laser
Losses
Why so high losses?
g
nGaAs = 3,35
E
= 0,292
R=
C
dipendenza lineare da R
EF
EV
EF
Losses:
free carrier absorption
free carrier absorption
Heterojunction laser
homojunction
heterojunction
Light-Current characteristic