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Lasers Lecturer: Mauro Mosca (www.dieet.unipa.it/tfl) University of Palermo –DEIM A.A. 2014-15.

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1 Lasers Lecturer: Mauro Mosca (www.dieet.unipa.it/tfl) University of Palermo –DEIM A.A

2 Emission and absorption in radiation

3 Einstein relations ( ) coefficienti di Einstein =

4 Einstein relations =

5

6 Esercizio Quale temperatura si dovrebbe raggiungere per ottenere emissione stimolata per delle frequenze ottiche all’equilibrio termico (es. = 632,8 nm)? Dalla

7 Two-levels laser ? ? ? ?

8

9 Three-levels laser

10 Gain mezzo omogeneo !  = =

11 -levels laser Three Four

12 mezzo attivo (amplificatore) L A S E R light amplification by stimulated emission of radiation OSCILLATOR FEEDBACK POSITIVO parzialmente riflettente

13 Optical resonators risonatore di Fabry-Perot

14 Laser oscillations  = = gain in excess of loss

15 Laser properties

16 Modi longitudinali

17 Doppler shift

18 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 =

19 Modi trasversali off-axis rays also may interfere…

20 Pulsed laser: Q-switching Laser medium with high loss: What does it happen if ?

21 Pulsed laser: Q-switching

22 Argon laser

23 Nd:YAG laser

24 Semiconductor Laser: giunzione p-n all’equilibrio ECEC ECEC EVEV EVEV EFEF EFEF p n  = 0,7 – 0,8 V p n

25 ECEC EVEV EFEF EFEF p n EAEA EDED Semiconductor Laser: drogaggio

26 Semiconductor Laser: polarizzazione p n ECEC EVEV EFEF EFEF p n V0V0

27

28 Semiconductor laser E ECEC EVEV x transition that occurs spontaneously transition stimulated by incoming photons (same E g ) positive feedback to the stimulated transition LED optical amplifier LASER but…

29 Semiconductor laser: lasing conditions 1) Solution)

30 Semiconductor laser: lasing conditions 2) Solution) edge-emitting laser g V

31 Losses Why so high losses? g n GaAs = 3,35 R = = 0,292 dipendenza lineare da R ECEC EVEV EFEF EFEF

32 Losses: free carrier absorption free carrier absorption

33 Heterojunction laser homojunction heterojunction

34 Light-Current characteristic


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