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