?激光產生的物理基礎
1、光發送機與光源
光發送機的(de)作用(yong)(yong)：（1）將(jiang)電信(xin)(xin)號(hao)轉(zhuan)換成相應的(de)光信(xin)(xin)號(hao)；（2）將(jiang)光信(xin)(xin)號(hao)耦合進光纖后進行傳輸。其中，電信(xin)(xin)號(hao)由數(shu)字(zi)復用(yong)(yong)設(she)備(bei)輸入(ru)進來的(de)。
光(guang)發送機的(de)核(he)心部件是(shi)光(guang)源。目前光(guang)纖(xian)通信系統一般采(cai)用的(de)光(guang)源：半(ban)導體激(ji)光(guang)二極管(guan)（LD）和發光(guang)二極管(guan)（LED）。這類光(guang)源的(de)特點是(shi)體積(ji)小，與(yu)光(guang)纖(xian)之間的(de)耦合效率高(gao)(gao)，響應速度快，可以在(zai)較高(gao)(gao)速率條件下(xia)直(zhi)接(jie)強度調制。
2、激光產生基礎
粒子數(shu)正常(chang)分布：在通常(chang)情況下，處于(yu)高能級的粒子數(shu)總(zong)是(shi)遠少于(yu)處于(yu)低能級上(shang)的粒子數(shu)。
粒子(zi)數(shu)反轉(zhuan)分布：高(gao)能(neng)級(ji)的電(dian)子(zi)數(shu)量(liang)多于(yu)低能(neng)級(ji)電(dian)子(zi)數(shu)量(liang)的分布。（可以給予額外的能(neng)量(liang)，把(ba)處于(yu)低能(neng)級(ji)的電(dian)子(zi)激(ji)發到高(gao)能(neng)級(ji)上去(qu)）
3、激光的形成與產生過程
激光的形成(cheng)
裝置要求：只需允許有部分的光能夠透射出去就OK了。
激光(guang)產生過程
① 能量激勵，讓E2與E1之間形成粒子數反轉分布
當用能量(liang)為hf31=E3-E1的外界激(ji)勵(li)去激(ji)勵(li)激(ji)光物質時，處于低能級E1上的電子被激(ji)發到了高(gao)能級E3上，但很快就(jiu)自發躍(yue)遷返回到亞穩級E2上。
這(zhe)樣持續(xu)不斷的外(wai)部(bu)激(ji)(ji)勵的結果，就使得大量電子(zi)處于E2能(neng)級(ji)，這(zhe)樣就在E2與E1之間形成了粒(li)子(zi)數(shu)反轉分布，此時(shi)受激(ji)(ji)輻射(she)占(zhan)主(zhu)要地位，原子(zi)向外(wai)發(fa)射(she)能(neng)量為（E2-E1）的光子(zi)。
② E2上的電子發生受激輻射并激發出新光子，受激輻射光子數不斷增加
大量(liang)頻率(lv)為hf21=（E2-E1）/h的(de)受激輻射光(guang)子(zi)在(zai)F-P反射腔(qiang)(qiang)內沿任意方(fang)向運(yun)動，與諧振腔(qiang)(qiang)軸線方(fang)向運(yun)動不(bu)一致的(de)光(guang)子(zi)，很快(kuai)通過諧振腔(qiang)(qiang)的(de)側面(mian)射出腔(qiang)(qiang)外。
只有沿(yan)著軸線方(fang)向運動的光子(zi)，可以(yi)在諧振(zhen)腔內繼續(xu)前進。
光子運動中(zhong)可能(neng)繼續激(ji)勵處于亞(ya)穩能(neng)級E2上的電子，使其發(fa)生(sheng)受(shou)激(ji)輻射并激(ji)發(fa)出(chu)新光子，類似的運動不(bu)斷進行使得原(yuan)子產生(sheng)的受(shou)激(ji)輻射光子數不(bu)斷增加。
③ 保持外部激勵，直到受激輻射光子總數遠大于由于各種原因所損失掉的光子數
保持足夠強(qiang)度的(de)(de)外部(bu)激勵，使得上述(shu)連(lian)續(xu)反應持續(xu)不(bu)斷，將(jiang)使原(yuan)子激發出大量(liang)同向運動的(de)(de)受(shou)激輻射光子，諧振腔內的(de)(de)光子流不(bu)斷加(jia)強(qiang)。
原(yuan)子(zi)在諧(xie)振腔內產生(sheng)的(de)受激(ji)輻射(she)光(guang)子(zi)總數(shu)(shu)遠大于由于各種原(yuan)因所(suo)損失掉的(de)光(guang)子(zi)數(shu)(shu)時，諧(xie)振腔內就可(ke)以產生(sheng)足夠的(de)受激(ji)輻射(she)光(guang)及反(fan)(fan)饋(kui)放大，形成(cheng)穩定的(de)振蕩并最(zui)終通過M2反(fan)(fan)射(she)鏡射(she)出，形成(cheng)強度高、方向性一致(zhi)的(de)相干光(guang)，也(ye)就是(shi)激(ji)光(guang)。
4、激光產生的三個必要條件
激光(guang)(guang)LASER是受激輻射的(de)光(guang)(guang)放(fang)大（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的(de)縮寫。用來產生激光(guang)(guang)的(de)裝(zhuang)置(zhi)，就叫(jiao)做激光(guang)(guang)器。
激光(guang)(guang)器包括的基本部(bu)分(fen) 工作物(wu)質 激光(guang)(guang)器的組成(cheng)核心，也就是(shi)發光(guang)(guang)物(wu)質 光(guang)(guang)學共振(zhen)腔 形成(cheng)激光(guang)(guang)振(zhen)蕩，輸出激光(guang)(guang)。 激勵(li)系統(tong) 將各(ge)種形式的外界(jie)能量轉(zhuan)換成(cheng)激光(guang)(guang)光(guang)(guang)能，通常是(shi)激光(guang)(guang)器的電源。
半導體激光器工作原理
顧名思義，半導體激(ji)光(guang)器就(jiu)是使用半導體材料作(zuo)為激(ji)光(guang)物質(zhi)的激(ji)光(guang)器。
當前在光纖通信方面(mian)產(chan)生受激輻射的半導體材料用(yong)得較多(duo)的是(shi)砷(shen)化鎵（GaAs）。
半導體(ti)(ti)(ti)材料是一種單(dan)晶(jing)體(ti)(ti)(ti)。晶(jing)體(ti)(ti)(ti)中，原子緊密地(di)按照一定規則排列。各原子外層的(de)軌道(dao)互相重迭，使半導體(ti)(ti)(ti)材料的(de)能(neng)級(ji)已不像前述的(de)單(dan)個原子那(nei)樣的(de)分立的(de)能(neng)級(ji)，而變成(cheng)了能(neng)帶，如(ru)下圖。
半導體能(neng)帶(dai)圖
半導體激光器的(de)核心(xin)部分(fen)是一(yi)個(ge)PN結。
這個PN結是高(gao)度摻(chan)雜的，P型(xing)半導(dao)體中空穴極多(duo)，N型(xing)半導(dao)體中自(zi)由電子極多(duo)。
半(ban)導體(ti)中的載流子(zi)是(shi)由(you)導帶(dai)電子(zi)和價帶(dai)空穴產生的。
半(ban)導(dao)體PN結
外加(jia)正(zheng)向電壓時(shi)的PN結
只(zhi)有(you)足(zu)夠大(da)的(de)正向電壓、保證電流足(zu)夠大(da)時，才能產(chan)生激光(guang)。
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