_{МИНОБРНАУКИ}РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный электротехническийуниверситет “ЛЭТИ”

Е.А.СМИРНОВ

Квантовые и оптоэлектронныеприборыиустройства

Конспектлекций

Санкт-ПетербургИздательствоСПбГЭТУ“ЛЭТИ”

2014

УДК621.375.826 (07)

СмирновЕ.А.

Квантовыеиоптоэлектронныеприборы иустройства:Консп.лекций.СПб.:Изд-воСПбГЭТУ «ЛЭТИ»,2014.124с.

Содержит материал по лекционному курсу дисциплины «Квантовые иоптоэлектронные приборы и устройства» и включает сведения, необходимыедля изучения особенностей и характеристик спонтанного и индуцированногооптического излучения; условий усиления и генерации оптического излуче-ния иэнергетических характеристик лазеров; особенностей и устойчивостиоптических резонаторов, собственных колебаний и методов их селекции; офизических процессах, конструкциях и областях применения основных ти-повлазеров.

Предназначен для студентов дневного отделения, обучающихся по ма-гистерской образовательной программе 210153.68 «Электронные приборы иустройства» и студентов вечернего и заочного отделений направления подго-товки210100.68«Электроникаи наноэлектроника».

СПбГЭТУ«ЛЭТИ»,2014

Введение

В лекционном курсе дисциплины «Квантовые и оптоэлектронные при-боры и устройства»основное внимание уделено базовым приборам кванто-вой электроники – лазерам, генерирующим когерентное излучение на основевынужденных (индуцированных, стимулированных) оптических переходов.Конспект лекций предназначен для самостоятельной работы студентов и, непретендуя на достаточную полноту изложенного материала, служит целямначального ознакомления с процессами в активных средах и оптических ре-зонаторах, основными свойствами, характеристиками и областями примене-ния лазеров. Недостающий материал может изучаться по специальной лите-ратуре [1]–[4] и изданным ранее учебным пособиями методическим указа-ниям[5]–[10].

Термин «лазер» – русифицированный вариант аббревиатуры, образо-ванной от полного английского названия этогоприбора:Light Amplificationby Stimulated Emission of Radiation (LASER) – усиление света посредствомстимулированной эмиссии излучения. Заменив в раскрытом названии лазераслово «Light» – свет на «Microwave» – микроволны, получим термин «ма-зер», обозначающий усилитель стимулированного микроволнового излуче-ния, исторически предшествующий лазеру. Первый лазер был создан в 1960году молодым американским ученым Т. Мейманом на основе кристалла ру-бина, помещенного между двумя отражателями и облучаемого с помощьюимпульсной фотоосветительной ксеноновой лампы. Успех Т. Меймана сти-мулировал усилия других ученых, исследователей и инженеров. На шестиде-сятые годы прошлого века приходится пик создания новых типов лазеров наоснове разнообразных активных (усиливающих) оптических сред: газовых,твердотельных,жидкостныхиполупроводниковых.

Уникальные свойства лазерного излучения, обусловленные его приро-дой, – высокая степень монохроматичности и низкая расходимость в сочета-нии с возможностью острой фокусировки лазерных пучков и варьирования вширочайших пределах времени воздействия на объект обеспечивают реше-ние множества научно-технических задач. На сегодняшний день проще пере-числить области, где лазеры не используются, чем те, где они нашли приме-нение. В настоящее время лазеры наиболее широкоприменяются в техноло-гии, включая технологию микро- и наноэлектроники, метрологии, системахзаписи и воспроизведения информации, оптической локации и связи, вклю-чая волоконно-оптические линии связи, в медицине и биологии.Все это вы-зываетпотребностьуглубленногоизучениялазеровиихвозможностей.