鐳射筆的種類和鐳射筆的工作原理

隨著科技不斷髮展進步,人們的生活質量不斷的提高,就會追求的更高,更舒適方便的生活。鐳射筆和遙控器的出現給我們生活帶來很大的方便。

鐳射筆的種類和鐳射筆的工作原理

一個小小遙控器,可以管理家中所有電器,方便省事。簡報,教師上課,這些不僅在教學領域,而且在商務領域也離不開鐳射筆。小小的電器裡也包含的各種知識,在此,做一些必要的瞭解。

關鍵字:鐳射筆 鐳射二極體 遙控器 紅外二極體

第一章 鐳射筆

鐳射筆的種類和鐳射筆的工作原理

1。1 概述

鐳射筆就是用鐳射作為指示的一種工具。可以指示的長度比較遠,可以代替教鞭等

指示工具,也可以在播放幻燈片ppt等使用,作為指示用。

而如今鐳射筆隨著科技和時代的進步,已經發展成為小型的高科技產品,已經不僅

僅是用來指示,而且向外不斷延伸。

當然,既然叫做鐳射筆,那必然有用鐳射的指示作用,在本次的課題作業中我們只

探討鐳射筆的鐳射指示原理,其他附加的功能——翻頁、無線連線、隨身碟和語音話筒——我們都不做探討。

鐳射筆的種類和鐳射筆的工作原理

1。2 鐳射筆種類

遙控鐳射筆又叫翻頁鐳射筆、鐳射翻頁筆、鐳射遙控筆、無線鐳射筆、無線翻頁激

光筆、PPT演示器、PPT翻頁筆、PPT遙控筆等。該類產品最基本的功能是鐳射指示和上下翻頁功能,相當於電腦遙控器,結合無線技術和電腦USB技術,來控制電腦進行翻頁。產品通常包含一個發射器、一個接收器。接收器類似隨身碟,插在電腦的USB口上,電腦即可自動安裝相應的驅動。

鐳射筆的光可以分為紅光和綠光。目前的鐳射筆大多數是紅色,綠色和藍色的比較

少,而且貴。紅色的鐳射筆比較容易做,波長大約為600多奈米,有成熟的技術,還有成熟的半導體工藝材料。而綠色的鐳射波長大約為530nm,目前這個波段的半導體鐳射技術不是很成熟,所以,綠色鐳射筆價格貴,功率低。

在這裡,我們主要講綠色鐳射筆的發光原理。未來這必然要發展到藍色鐳射筆,因

為有了綠色鐳射,藍色鐳射也不會有太大的技術難題。

由於紅色鐳射筆技術已經非常成熟,而且電路和原理非常簡單,所以這裡不作介紹 綠光鐳射筆最主要的就是綠光模組,它有Nd:YVO4晶體和KTP晶體結合在一起,在

鐳射諧振腔中,利用808nm波長的LD泵浦光經過鐳射晶體Nd:YVO4的增益作用生成1064nm的鐳射,再經過非線性晶體的倍頻作用就可以產生532nm的綠色鐳射。

1。3發光原理

鐳射筆發出的鐳射屬於固體鐳射,所以鐳射筆的發光原理就是固體鐳射的發光原理。而鐳射筆裡面的固體鐳射器就是一個鐳射二極體。

1。3。1鐳射原理

鐳射筆的種類和鐳射筆的工作原理

產生鐳射的三個條件是:實現粒子數反轉、滿足閾值條件和諧振條件。產生光的受激發射的首要條件是粒子數反轉,在半導體中就是要把價帶內的電子抽運到導帶。為了獲得離子數反轉,通常採用重摻雜的P型和N型材料構成PN接面,這樣,在外加電壓作用下,在結區附近就出現了離子數反轉—在高費米能級EFC以下導帶中貯存著電子,而在低費米能級EFV以上的價帶中貯存著空穴。實現粒子數反轉是產生鐳射的必要條件,但不是充分條件。要產生鐳射。還要有損耗極小的諧振腔,諧振腔的主要部分是兩個互相平行的反射鏡,啟用物質所發出的受激輻射光在兩個反射鏡之間來回

反射,不斷引起新的受激輻射,使其不斷被放大。只有受激輻射放大的增益大於鐳射器內的各種損耗,即滿足一定的閾值條件: P1P2exp(2G - 2A) ≥ 1

(P1、P2是兩個反射鏡的反射率,G是啟用介質的增益係數,A是介質的損耗係數,exp為常數),才能輸出穩定的鐳射,另一方面,鐳射在諧振腔內來回反射,只有這些光束兩兩

之間在輸出端的相位差Δф =2qπ q=1、2、3、4。。。。時,才能在輸出端產生加強幹涉,輸出穩定鐳射。設諧振腔的長度為L,啟用介質的折射率為N,則 Δф=(2π/λ)2NL=4πN(Lf/c)=2qπ,

上式可化為f=qc/2NL該式稱為諧振條件,它表明諧振腔長度L和折射率N確定以後,只有某些特定頻率的光才能形成光振盪,輸出穩定的鐳射。這說明諧振腔對輸出的鐳射有一定的選頻作用。

鐳射筆的種類和鐳射筆的工作原理

1。3。2、鐳射二極體本質

上圖是一個半導體二極體,按照PN接面材料是否相同,可以把鐳射二極體分為同質結、單異質結(SH)、雙異質結(DH)和量子阱(QW)鐳射二極體。量子阱鐳射二極體具有閾值電流低,輸出功率高的優點,是目前市場應用的主流產品。同其他型別的鐳射器相比,鐳射二極體具有效率高、體積小、壽命長的優點,但其輸出功率小(一般小於2mW,現在也有單管功率高於10W的產品),線性差、單色性不太好,使其在有線電視系統中的應用受到很大限制,不能傳輸多頻道,高效能模擬訊號。在雙向光接收機的回傳模組中,上行發射一般都採用量子阱鐳射二極體作為光源。

半導體鐳射二極體的基本結構如圖所示,垂直於PN接面面的一對平行平面構成法布里——珀羅諧振腔,它們可以是半導體晶體的解理面,也可以是經過拋光的平面。其餘兩側面則相對粗糙,用以消除主方向外其它方向的鐳射作用。

半導體中的光發射通常起因於載流子的複合。當半導體的PN接面加有正向電壓時,會削弱PN接面勢壘,迫使電子從N區經PN接面注入P區,空穴從P區經過PN接面注入N區,這些注入PN接面附近的非平衡電子和空穴將會發生複合,從而發射出波長為λ的光子,其公式如下: λ = hc/Eg (1)

式中:h—普朗克常數; c—光速; Eg—半導體的禁頻寬度。

上述由於電子與空穴的自發複合而發光的現象稱為自發輻射。當自發輻射所產生的光子透過半導體時,一旦經過已發射的電子—空穴對附近,就能激勵二者複合,產生新光子,這種光子誘使已激發的載流子複合而發出新光子現象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大,則會形成和熱平衡狀態相反的載流子分佈,即粒子數反轉。當有源層內的載流子在大量反轉情況下,少量自發輻射產生的光子由於諧振腔兩端面往復反射而產生感應輻射,造成選頻諧振正反饋,或者說對某一頻率具有增益。當增益大於吸收損耗時,就可從PN結髮出具有良好譜線的相干光——鐳射,這就是鐳射二極體的簡單原理。

隨著技術和工藝的發展,目前實際使用的半導體鐳射二極體具有複雜的多層結構。 常用的鐳射二極體有兩種:①PIN光電二極體。它在收到光功率產生光電流時,會帶來量子噪聲。②雪崩光電二極體。它能夠提供內部放大,比PIN光電二極體的傳輸距離遠,但量子噪聲更大。為了獲得良好的信噪比,光檢測器件後面須連線低噪聲預放大器和主放大器。

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