Lecturer: Mauro Mosca (www.dieet.unipa.it/tfl)

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Lecturer: Mauro Mosca (www.dieet.unipa.it/tfl) Lasers Lecturer: Mauro Mosca (www.dieet.unipa.it/tfl) A.A. 2014-15 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

Two-levels laser ? ? ? ?

Two-levels laser

Three-levels laser

Gain mezzo omogeneo - a = !

Three Four -levels laser

L A S E R light OSCILLATOR amplification by stimulated emission parzialmente riflettente mezzo attivo (amplificatore) L 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…

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 EC f = 0,7 – 0,8 V EC EF EF EV EV p n

Semiconductor Laser: drogaggio p n EC ED EF EF EV EA

Semiconductor Laser: polarizzazione EC EF EF EV p n V0

Semiconductor Laser: polarizzazione

Semiconductor laser LED optical amplifier LASER but… transition that occurs spontaneously E EC EV x LED transition stimulated by incoming photons (same Eg) optical amplifier positive feedback to the stimulated transition LASER but…

Semiconductor laser: lasing conditions 1) Solution)

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

Losses Why so high losses? g nGaAs = 3,35 dipendenza lineare da R R = = 0,292 EC dipendenza lineare da R EF EF EV

Losses: free carrier absorption

Heterojunction laser homojunction heterojunction

Light-Current characteristic