一、先说 激光原理
1、原子从高能级向低能级跃迁,有三种形式,其中受激辐射形式是一个入射光子诱导发生,其结果是原子受激跃迁辐射出一个与入射光子有着相同频率 位相 方向及偏振方向的光子。也就是一个光子变成了两个。
但根据玻尔兹曼能级分布律,能级越高,处于其能级的分子越少,-----这就是为什么普通光源的光波来源里受激辐射少的原因,也就是说,普通光源从发光的微观原理就和激光不同。所以说LED发激光纯属扯淡。
2、所以为使受激辐射占据光源的主导地位,就必须反转高低能级上的粒子,称“粒子数反转”,原子激发到高能态后很快会自发跃迁到低能态,有一些粒子停留在高能级的时间较长,称这些能级为亚稳态
如果利用外来能量激发原子到高能级1,而能级1寿命很短就会跃迁到亚稳态和能量更低的基态上。如果外来能量不断提供,因为亚稳态原子寿命长,亚稳态原子数量就会超过基态,就实现了粒子数反转。
如果此时亚稳态原子受到v=(亚稳态能量-基态能量)/h的光子辐射,就会产生基态与亚稳态之间的以受激辐射为主的辐射。
并不是所有物质都有亚稳态。
3、仅有粒子数反转还不能产生激光。由1可知,引起受激辐射的光子是自发辐射的普通光,而受激辐射发出的光子和自发辐射的普通光具有相同性质,所以,为了产生激光,必须选择传播方向和频率一定的光信号做优先放大,其他的光信号抑制。而实现这个目的的东西就是光学谐振腔。
光学谐振腔由2块垂直于工作介质的反射镜组成。1个是全反射镜,1个是部分透过的凡是不沿谐振腔垂直于反射镜轴线方向的光子很快溢出,但沿轴线方向的光子不断被2块反射镜反射于介质之间,不断与受激原子碰撞而辐射,所以,沿轴线方向的光子不断增殖,在谐振腔内形成了沿轴线方向的 相位完全一致的光线,有一部分通过部分透过的反射镜射出,这就是激光。剩下的光子继续在谐振腔内增殖。
4、为了满足高能级粒子数大于低能级粒子数,以及光在谐振腔来回一次所得增益大于损耗的高能级粒子数/低能级粒子数、外界能量的最小值叫各自的阈值。
只有满足上述4个条件 才能产生激光
二、激发条件
TRUEDEBUG (433140)于2004/09/06(11:18:58)..
按照我学原子物理时的理解,激光就是在强大的外部能量输入下,通过外层电子受激辐射产生,经过振荡装置过滤后产生的频率一致、相位一致、方向一致的光子集合。 calvino㊣兄看对不对?
回答:外层电子受激辐射只是产生激光的途径的其中一种,离子,原子,分子等等都可以产生受激辐射,而上面说的能级跃迁也不是必要的,能带跃迁同样能达到类似但缩水的效果,等等。
三、 激光器能级原理
激光是从能级E2到能级E4的跃迁产生的。当介质吸收能量从基态跃迁到能级E3后,因能级E3的寿命比亚稳态能级E2短的多,处于能级E2的原子数目就越来越多,能级E2与能级E4就建立了粒子数反转。
因为正常情况下能级E4是空的,所以4能级比3能级更易实现粒子数反转,阈值也更低,也就是说外界供耗更低。而我在 一、2中说的就是3能级的基本原理。
实际的激光器的能级跃迁原理要比上述过程复杂的多,但概括起来也就是上述道理。
四、 关于罗技MX1000激光引擎的驱动需求和其真假性的讨论
1、首先 让我们来看看SHARP公司的DVD光驱用的半导体激光器
以及它的电器性能
再来看看MX1000的光学组件
很明显 也是半导体激光器
根据LOGITECH提供的PDF看,罗技MX1000激光引擎仅仅是个光源(而且5.8百万象素 800DPI 等等参数与MX510相同,完全可以推测其CMOS/DSP是与S2020一样的)既然就是个光源,就不会是的脉冲式半导体激光器,而是连续半导体激光器.
2、半导体激光器的电气特性
半导体激光器的原理与普通激光器略有不同,它的受激辐射产生于能带跃迁而不是能级跃迁,而且其光学谐振腔两端的反射透镜较小,所以较其他激光器发出的光散度更大,亮度更小。
半导体激光器的伏安特性与二极管类似,其驱动电流与光功率并不成线性关系,电流正向偏置,有一段电流就会与光功率近似成线性关系,这个段位就是半导体激光器的工作区,此时其动态阻抗约为0.3欧。
同样,半导体激光器的泵浦电流也要略高于其阈值电流才能工作,而且其电源电流也和功率不成线性关系,在工作区有电流就与功率近似成线性关系,所以,这2个近似,带来了很大的方便.
3、连续半导体激光器对驱动电源的要求
驱动电源只需在阈值电流附近加电流偏置,加反馈就可以了。
一个典型的CW电源(也就是连续半导体激光器电源) 能产生840nm、1GHZ的激光 而其光功率仅10mw,泵浦电流仅185ma。
而罗技MX1000激光引擎是怎样的呢?
可以看到,罗技MX1000激光引擎是832-852nm的,可以想见其功耗和我上面所说的CW电源不会相差多少。
凭这些,我们可以否定mads同学对罗技MX1000激光引擎驱动功耗的质疑了.
4、激光本身的特性
1、mads说的所谓"有点高能物理和传感器常识的人都该明白布儒斯特窗的作用是余光补偿和遏制换能LED在光媒转换中所引起的额斯效应"完全是胡扯.学过激光的人都知道布儒斯特窗是光学谐振腔2端必不可少的元件。
2、激光引擎亮度够么?
一个10mw的HE-NE激光器能产生比太阳亮几千倍的光 因为激光的亮度集中是它的特点,虽然半导体激光器亮度比不上HE-NE激光器,但对MX1000来说,足够了。
3、关于MX1000用的是不是激光,分辨方法很简单:
大家都知道著名的双缝干涉实验吧:
普通光必须有上图中的单缝才能产生双缝干涉的条纹,而激光即使撤掉单缝也依然能够产生双缝干涉的条纹 。