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光子硅研究进展论文范文

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光子硅研究进展论文范文

论文提纲:硅基超连续谱的研究进展 1. 引言 超连续谱(Supercontinuum,SC)是指当一束高强度的短脉冲通过非线性材料时,经过一系列非线性效应与线性色散的共同作用,使得出射光中产生许多新的频率成分,从而使频谱得到极大展宽的一种现象。超连续谱光源在光子学集成回路中有着重要作用,特别是在波分复用系统中扮演着重要角色。使用展宽的激光光源,筛选出所需的波长信道,比使用独立的光源更节省能源,也更利于集成。另外,超连续谱光源在光源检测、生物医学、高精密光学频率测量等方面有着重要应用。产生超连续谱的介质需具有非常高的非线性系数以及可调的色散系数,可用于超连续谱产生的介质很多,例如,单模光纤,光子晶体光纤(Photonic CrystalFiber,PCF),硅波导,泥酸锂等。目前以光纤为介质产生超连续谱的技术已经较为成熟,实现了大范围的光谱展宽。通过大量的实验研究证实,在非线性效应强、色散可调的介质中,可在低功率、短距离上实现超连续谱的产生。例如Kumar 等人用75 cm 的SF6 保偏光纤已得到了展宽从350 nm 到2200 nm 的超连续[1];B. A. Cumberland 使用50 W 的掺Yb 光纤激光器泵浦一段20 m 长的高非线性光子晶体光纤,最终得到输出功率为29 W 的超连续谱[2]。 然而光纤中非线性效应较弱,即使使用经过特殊设计的光子晶体光纤也要有几十厘米的长度才能得到有效展宽,不利于集成化设计。 近几年,具有低损耗、低功率、小体积等特性的硅波导受到人们的广泛重视。对硅波导中各种现象机理的研究也日趋成熟。拉曼放大、四波混频、自相位调制等非线性效应已成功运用于硅波导器件中。硅的三阶非线性效应比普通光纤高许多,例如,硅的Kerr 系数比普通单模光纤大100 倍,拉曼增益系数比普通单模光纤高三个数量级。并且,硅具有高折射率,能够将光很好地限制在一个很小的范围。通过对硅波导尺寸、几何结构的合理设计,可以实现对其色散系数的可控性。硅波导所具有特殊的色散和非线性特性,使其比普通光纤更易产生超连续谱。随着CMOS 技术的发展成熟,在硅波导中产生超连续谱将有利于超连续谱的应用向集成化、小型化发展。与光纤相比,硅波导具有无可替代的优势,可望在通信领域获得全新的应用,硅材料中实现超连续谱将为全光通讯翻开崭新的一页。 2.超连续谱的产生机制 超连续谱的产生是多种非线性效应与色散共同作用的结果。脉冲光在硅波导中传播,各种非线性效应,诸如,自相位调制(Self-Phase Modulation,SPM),交叉相位调制(Cross-PhaseModulation,XPM),参量过程,拉曼散射都会起作用。当高强度的短脉冲通过非线性介质时,入射光的瞬时高光强会引起自身的相位调制,即自相位调制。自相位调制会产生新的波长,这是出射光谱展宽的重要来源。随着光谱成分的增加,交叉相位调制,参量过程以及内拉曼散射作用逐渐增强,使得频谱进一步展宽。 然而,硅是一种半导体材料,具有一些特殊的非线性性质,如双光子吸收(Two-photoabsorption ,TPA)以及由双光子吸收产生的自由载流子(Free-carrier absorption,FCA)对入射光的影响,而这种影响可以分为相位调制和吸收两部分,因此硅中超连续谱的产生机制比普通光纤更为复杂。双光子吸收是指在强激光作用下,介质分子同时吸收两个光子通过一个虚中间态跃迁到高能态的过程。双光子吸收带来大量能量损失,降低光脉冲的峰值功率,从而限制了脉冲展宽。同时,双光子吸收过程中会产生大量的自由载流子,高浓度的自由载流子对光脉冲产生相位调制作用而使其蓝移,且调制作用与自由载流子浓度成正比。而脉冲后沿会积累大量的载流子,因此脉冲后沿的出射频谱展宽蓝移。于此同时,自由载流子对脉冲后沿产生吸收,使脉冲在时域上整体前移。另外,硅中拉曼散射与光纤中也有很大不同,硅基波导中的拉曼散射增益谱很窄只有105 GHz,并且响应时间约为10 ps,若使用飞秒脉冲入射,拉曼效应可以忽略。 激光脉冲在硅波导中传播,可以用广义非线性薛定谔方程描述如下式。 其中,右边第一项描述了硅波导中的色散效应,βm 表示m 阶色散系数,第二项描述了自由载流子产生的相移以及自由载流子吸收项,σn 表示自由载流子产生的相移大小,σα 表示自由载流子吸收大小,第三项描述了非线性Kerr 效应以及双光子吸收项,n2 为Kerr 效应系数,βT 为双光子吸收系数,ā 为波导有效截面积。 在超连续谱的产生过程中,哪种效应起决定作用主要取决于初始入射脉冲的参数和介质的线性色散特性。若用皮秒脉冲入射,色散效应较弱,光脉冲主要在非线性效应,特别是自相位调制作用下发生展宽,一般范围有限。若用飞秒脉冲入射,在波导的反常色散区,波导的色散效应和自相位调制效应会相互平衡,出现孤子传播态。光谱展宽初期以自相位调制为主,之后发生高阶孤子分裂,并伴随孤子辐射,随着光谱成分的增加四波混频效应逐渐增强。 在反常色散区,相位匹配条件很易满足,故能得到较宽的超连续谱。 3.自相位调制(SPM)诱导的频谱展宽 随着硅器件在通信系统的广泛应用,人们对硅波导中产生超连续谱作了大量工作,同时也取得了许多重大的成果。理论研究表明,对于一般的短脉冲,脉冲传播的色散长度远大于所用的波导长度,此时色散效应可以忽略,自相位调制效应起主要地位,从而导致出射频谱的展宽。 2004 年,Jalali 研究小组首次通过实验在硅波导中获得超连续谱,得到了2 倍展宽的出射光谱[3]。他们使用被动锁模光纤激光器产生脉宽为1 ps 的短脉冲,通过3 dB 带通滤波器对光谱整形后经由掺铒光纤放大器放大得到脉宽为4 ps,峰值功率为110 W(相当于光功率密度为2.2 GW/cm2)的入射脉冲光。脊型硅波导的有效面积为5 μm2,总长度2 cm。实验结果所示。从图中可清楚地看到出射光谱的宽度大约是入射光谱宽度的2 倍。光谱展宽主要是由自相位调制效应造成的。在考虑双光子吸收效应的情况下,通过理论模拟,将入射峰值功率增加10 倍可以得到5 倍展宽的出射光谱。此实验证实了利用硅波导可以产生超连续谱,同时揭开了在较低泵光功率下产生超连续谱的新篇章。 之后,Jalali 研究小组又讨论了硅波导中自由载流子对超连续谱产生的影响[4]。众所周知,Kerr 效应、自由载流子效应均对频谱的相移有贡献。Kerr 效应使得脉冲前沿红移、后沿蓝移。而自由载流子效应使得脉冲整体蓝移。由此可知脉冲后沿得到很大的蓝移展宽。但是,脉冲后沿积累了更多的自由载流子,光脉冲衰减更为严重。他们通过理论模拟分析了自由载流子对出射光谱展宽的作用,如图2 所示,只考虑Kerr 效应带来的相移时,展宽因子大约为8,考虑自由载流子对相移的影响后,展宽因子迅速增大大约为28,最后考虑自由载流子吸收后,展宽因子下降到12。由此可知,自由载流子对频谱展宽(尤其使得频谱蓝移)有着重要作用,但其浓度的增加导致的吸收也会削弱光谱展宽。 2006 年,E.dulkeith 等人研究了入射光波长以及峰值功率对光谱展宽的影响[5]。硅波导截面为470×226 nm、长4 mm。入射脉冲脉宽1.8 ps、周期1 kHz、中心波长1550 nm。改变入射光功率可以看到,在功率较低时,波导工作在线性区域,出射光谱的形状和位置几乎没有变化,随着功率的增加,出射光谱的展宽随之增大。实验结果如图3 所示。实验中使用皮秒脉冲作为入射光,色散作用在脉冲传播过程中并不显著,脉冲展宽主要来自自相位调制的作用。从图中可以清楚地看到,脉冲展宽并不对称,这主要是因为在脉冲后沿比前沿积累更多的自由载流子,因此后沿的相移更大,导致脉冲展宽的不对称性。 4.孤子分裂与超连续谱的产生 从上面的实验结论可以看到,由于存在双光子吸收对脉冲功率的损耗,利用SPM 并不能得到较大的展宽。为了克服这一缺点,必须在TPA 带来大的损失前实现频谱展宽。此时,可以借鉴光纤中孤子分裂以及超连续谱产生的方法,利用高阶孤子在波导入射端的孤子分裂现象来得到频谱的展宽。 2007 年,Richard M. Osgood. Jr 等人观察到展宽350 nm 的超连续谱[6]。硅波导横截面积520×220 nm2,长4.7 mm,入射脉冲脉宽100 fs,周期250 kHz。中心波长在1300 nm 到1600nm 之间变化,此波长范围正处于波导的反常色散区,能够得到更有效的超连续谱。实验结果如图4 所示,随着入射峰值功率的增加展宽也逐渐增加。在λ<1700 nm 时,双光子吸收对最大功率有限制作用,但仍能得到较大展宽。 此外他们还观察了超连续谱对波长的依赖性。从图5 中可以看到,中心波长越靠近零色散区(ZGVD),出射光谱展宽越大。这是由于在零色散区线性色散小,非线性作用在脉冲传播过程中占据主要地位。在短波方向有突起的平滑的峰,由于短波方向的光学损耗大,随着中心波长向短波方向移动,峰值越来越小,因此短波方向频谱展宽受到限制。三阶色散微扰导致的孤子分裂以及孤子辐射的影响,在长波方向突起的峰,随着中心波长向长波方向移动,峰值越来越大,这对超连续谱的产生有着决定性作用。 同年,Lianghong Yin 等人通过数值模拟利用入射飞秒脉冲作为高阶孤子得到展宽达400nm 的超连续谱[7]。模拟用直波导截面宽0.8 μm,高0.7 μm,长1.2 cm,入射脉冲带宽50 fs、峰值功率25 W。此时,入射光脉宽远小于自由载流子寿命,而脉冲周期大于自由载流子寿命,故自由载流子吸收在超连续谱的产生过程中不起重要作用。同时从理论上得出双光子吸收只对输入的最大功率有衔制作用,而不影响超连续谱的产生。并且由于Si 的晶格结构,使得受激拉曼散射依赖于硅波导的结构以及入射光的偏振特性,故合理选择硅波导的结构以及入射光的偏振特性,可以忽略受激拉曼散射的.影响。模拟中使用N=3 的三阶孤子脉冲,在三阶色散的微扰下分裂成为低阶孤子并伴有色散波,此时出射脉冲得到较大展宽,结果如图6 所示。这是自硅波导超连续谱研究以来在硅波导中能产生的最宽的光谱。 5.硅基超连续谱的应用 随着波分复用技术的广泛应用,为了寻找更好的光源,掀起对超连续谱光源的研究热潮。 硅波导中产生超连续谱将使全光网络向小型化发展,前景诱人,将硅基波导中产生的超连续谱应用到实际,将为全光网络翻开崭新的一页。 波分复用技术是光通信系统的一大优势,要实现能够高速传递信号的片上光通讯系统,波分复用技术是必不可少的,而超连续谱这是一种有效的解决方案。2007 年,Jalali 研究小组成功实现超连续谱的硅基集成化并将展示了其在波分复用系统中的应用潜力[8]。实验中,他们将微盘共振器与硅波导共同集成在一个三维芯片上,使用未集成在芯片上的脉宽为3 ps的激光脉冲作为入射光,脉冲沿着硅波导传播,利用自相位调制效应得到展宽的光谱,然后以微盘共振器作为光滤波器将超连续谱中不同的光谱成分有硅波导中分别导出,从而实现多个波长信道。实验中硅波导与微盘共振器的集成和工作原理如图7 所示。该装置得到的最远信道离入射脉冲中心波长3.1 nm,使硅基超连续谱应用于片上集成的波分复用技术成为可能。 另外,硅基超连续谱还可以在拉曼泵浦方面产生应用。硅波导中的高拉曼增益系数使拉曼散射成为在硅波导中实现激光振荡和放大的有效途径,然而,硅的拉曼增益带宽非常窄,限制了拉曼放大的带宽,从而制约了其在实际应用中的范围。随着硅波导中超连续谱的研究逐渐深入,利用超连续谱的产生机制,在硅波导中产生超连续谱的同时实现拉曼散射效应,由此来增大拉曼增益带宽成为一种可能的解决方法。2008 年,Jalali 研究小组成功实现这一构想,获得展宽的拉曼增益谱[9]。实验中使用中心波长1550 nm 的皮秒脉冲作为泵浦光源,激光脉冲在硅波导中受到Kerr 效应和自由载流子效应的共同作用而发生展宽,从而使拉曼增益谱获得扩展。实验在中心波长为1638 nm 处获得了宽度超过10 nm 的拉曼增益谱。为了观察入射脉宽对拉曼增益展宽的影响,实验中使用两个脉宽不同的入射脉冲,分别为3 ps、42 ps,得到的拉曼增益谱如图8 所示,对于3 ps 的入射脉冲,拉曼展宽频谱起伏不定,并且由于自由载流子的作用频谱明显蓝移。对于42 ps 的入射脉冲,拉曼展宽频谱同样蓝移,但频谱变化相对平滑。另外,在入射功率较大时,能过得到较大的拉曼展宽。实验证明,通过改变脉冲的性质,例如,脉冲功率、脉宽、脉冲 啁 啾,可以实现对增益范围和形状的调节,从而应用于实现集成化的光信号传输以及可调硅基激光器的研制。 6.结论 硅在电子器件的发展过程中起着举足轻重的作用,目前大部分的器件使用硅作为芯片材料,在硅波导中产生超连续谱将有利于硅基光子器件的实现,并向集成化、小型化发展。目前,实验中能得到的硅基超连续谱宽度仅为400 nm,在实际应用的波分复用系统中,还存在各种各样的损耗,使得展宽大大减小,因此还需进一步的研究,合理设计硅波导的色散特性,减小有效面积增大非线性强度,从而进一步增大展宽,使得硅基超连续谱更加实用化。 ;

光子学是一门研究光子的产生和运动特性、光子同物质的相互作用及其应用的前沿学科,硅光子学专门研究硅以及硅基异质结材料(诸如sige/si、 soi等)等介质材料中光子的行为和规律,着重研究硅基光子器件的工作原理、结构设计与制造以及在光通信、光计算等领域中的实际应用.《硅光子学》共19 章,分别介绍硅基光子学基础、应用和发展趋势;硅基异质结构和量子结构的物理性质、制备方法;硅基光子器件,包括硅基发光器件、探测器、光波导器件;硅基光子晶体、硅基光电子集成、硅基光互连以及硅基太阳能电池.

量子光栅的研究进展论文

其实就是罗列,对于布拉格光栅商业化应用来说,掩模法是最好的,其他的你可以罗列,对于掩模板的方法可以详细的叙述,我空间就有不少,掩模法随便抄就可以。另外在叙述一下特殊光栅,如D型,手征,塑料光纤光栅。

光纤光栅在光纤通信系统中的应用 光纤光栅作为一种新型光器件,主要用于光纤通信、光纤传感和光信息处理。在光纤通信中实现许多特殊功能,应用广泛,可构成的有源和无源光纤器件分别是:有源器件:光纤激光器(光栅窄带反射器用于DFB等结构,波长可调谐等);半导体激光器(光纤光栅作为反馈外腔及用于稳定980nm泵浦光源);EDFA光纤放大器(光纤光栅实现增益平坦和残余泵浦光反射);Ramam光纤放大器(布喇格光栅谐振腔);无源器件:滤波器(窄带、宽带及带阻;反射式和透射式);WDM波分复用器(波导光栅阵列、光栅/滤波组合);OADM上下路分插复用器(光栅选路);色散补偿器(线性啁啾光纤光栅实现单通道补偿,抽样光纤光栅实现WDM系统中多通道补偿);波长变换器 OTDM延时器 OCDMA编码器 光纤光栅编码器。光纤光栅自问世以来,已广泛应用于光纤传感领域。由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本以及和普通光纤的良好的兼容性等优点,所以越来越受关注。由于光纤光栅的谐振波长对应力应变和温度的变化敏感,所以主要用于温度和应力应变的测量。这种传感器是通过外界参量(温度或应力应变)对Bragg光纤光栅的中心波长调制来获得传感信息的。因此,传感器灵敏度高,抗干扰能力强,对光源能量和稳定性要求低,适合作精密、精确测量。 光纤光栅传感器现已占以光纤为主的材料的44.2 %。光纤光栅传感器已被用于各个方面,例如高速公路、桥梁、大坝、矿山、机场、船舶、地球技术、铁路、油或气库的监测。传感器的一个发展方向就是多点、分布式传感器,它们主要是利用WDM, TDM, SDM, CDMA的组合。 对于普通单模G.652光纤,在1550nm处色散值为正,光脉冲在其中传输时,短波长的光(“兰光”)较长波长的光(“红光”)传播得快.这样经过一定距离得传输后,脉冲就被展宽了,形成光纤材料的色散.若使光栅周期大的一端在前,使长波长的光在光栅前端反射,而短波长的光在光栅末端反射,因此短波长的光比长波长的光多走了2L距离(L为光栅长度),这样便在长、短波长光之间产生了时延差,从而形成了光栅的色散。 当光脉冲通过光栅后,短波长的光的时延比长波长的光的时延长,正好起到了色散均衡作用,从而实现了色散补偿。具体专业的问题可以搜索聚科光电的官网,我在上海光机所做这方面的工作

激光与光电子学进展期刊

《激光与光电子学进展》创刊于1964年,是由中国科学院主管,中科院上海光机所主办的激光与光电子类期刊。[1]据2018年9月《激光与光电子学进展》编辑部官网显示,《激光与光电子学进展》编辑委员会编委有56人,顾问6人。[2]

不是。《激光与光电子学进展》创刊于1964年,是国内激光与光电子领域的第一本科技期刊,是cscd期刊不是sci期刊,也就是中国科学引文数据库收录的期刊。《激光与光电子学进展》是由中国科学院主管,中国科学院上海光学精密机械研究所主办,中国激光杂志社出版的学术类半月刊。

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激光发展史激光以全新的姿态问世已二十余年。然而,发明激光器的历程却鲜为人知,至于发明者如何从事艰难曲折的探索,就更少人问津了。其实,每一项重大发明,都是科学家们智慧的结晶,里面包涵着他们的汗水和心血。自然,激光器的发明也不例外。 说得准确些,对激光的研究,只是到了20世纪50年代末才出现一个崭新阶段。在此之前,人们只对无线电波和微波有较深研究。科学家们把无线电波波长缩短到十米以内,使得世界性的通讯成为可能,那是30年代的事情。后来,随着速调管和空穴磁控管的发明,科学家便对厘米波的性质进行研究。二次世界大战中,由于射频和光谱学的发展,辐射波和原子只间的联系又重新被强调。大战期间,科学家们发明并研制了雷达(战争对雷达的制造起了推动的作用)。从技术本身来说,雷达是电磁波向超短波、微波发展的产物。大战以后,科学家又开创了微波波谱学,目的是探索光谱的微波范围并把其推广到更短的波长。当时,哥仑比亚大学有一个由汤斯(C.H.Townes)领导的辐射实验小组,他们一直从事电磁方面以及毫米辐射波的研究。1951年,汤斯提出了微波激射器(Maser全称Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation)的概念。经过几年的努力,1954年汤斯和他的助手高顿(J. Cordon)、蔡格(H. Zeiger)发明了氨分子束微波激射器并使其正常运行。这为以后激光器的诞生奠定了基础。当时,汤斯希望微波激射器能产生波长为半毫米的微波,遗撼的是,激射器却输出波长为1。25cm的微波。微波激射器问世以后,科学家就希望能制造输出更短波长的激射器。汤斯认为可将微波推到红外区附近,甚至到可见光波段。1958年,肖洛(A.L.Schawlow)与汤斯合作,率先发表了在可见光频段工作的激射器的设计方案和理论计算。这又将激光研究推上了一个新阶段。现在,人们都知道,产生激光要具备两个重要条件:一是粒子数反转;二是谐振腔。值得注意的是,自1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念以后,1940年前后就有人在研究气体放电实验中,观察到粒子反转现象。按当时的实验技术基础,就具备建立某种类型的激光器的条件。但为什么没能造出来呢?因为没有人,包括爱因斯坦本人没把受激辐射,粒子数反转,谐振腔联系在一起加以考虑。因而也把激光器的发明推迟了若干年。在研究激光器的过程中,应把引进谐振腔的功劳归于肖洛。肖洛长期从事光谱学研究。谐振腔的结构,就是从法——珀干涉仪那里得到启示的。正如肖洛自己所说:“我开始考虑光谐振器时,从两面彼此相向镜面的法——珀干涉仪结构着手研究,是很自然的。”实际上,干涉仪就是一种谐振器。肖洛在贝尔电话实验室的七年中,积累了大量数据,于1958年提出了有关激光的设想。几乎同时,许多实验室开始研究激光器的可能材料和方法,用固体作为工作物质的激光器的研究工作始于1958年。如肖洛所述:“我完全彻底地受到灌输,使我相信,可以在气体中做的任何事情,在固体中同样可以做,且在固体中做得更好些。因此,我开始探索、寻找固体激光器的材料…...”的确,不到一年,在1959年9月召开的第一次国际量子电子会议上,肖洛提出了用红宝石作为激光的工作物质。不久,肖洛又具体地描述了激光器的结构:“固体微波激射器的结构较为简单,实质上,它有一棒(红宝石),它的一端可作全反射,另一端几乎全反射,侧面作光抽运。”遗撼的是,肖洛没有得到足够的光能量使粒子数反转,因而没获成功。可喜的是,科学家迈曼(T.H.Maiman)巧妙地利用氙灯作光抽运,从而获得粒子数反转。于是,1960年6月,在Rochester大学,召开了一个有关光的相干性的会议,会议上,迈曼成功地操作了一台激光器。7月份,迈曼用红宝石制成的激光器被公布于众。至此,世界上第一台激光器宣告诞生。激光具有单色性,相干性等一系列极好的特性。从诞生那天开始,人们就预言了它的美好前景。20多年来,人们制造了输出各种不同波长的激光器,甚至是可调激光器。大功率激光器的研制成功,又开拓了新的领域。1977年出现的自由电子激光器,机制则完全不同,它的工作物质是具有极高能量的自由电子,人们可以期望通过这种激光器,实现连续大功率输出,而且覆盖频率范围可向长短两个方向发展。现在,激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域,它标志着新技术革命的发展。诚然,如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比,你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段,更令人激动的美好前景将要来到。 能发1954年制成了第一台微波量子放大器,获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围,并指出了产生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后,激光器的种类就越来越多。按工作介质分,激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器,其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束,激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分,有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。大功率激光器通常都是脉冲式输出。各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种,最长的波长为微波波段的0.7毫米,最短波长为远紫外区的210埃,X射线波段的激光器也正在研究中。 除自由电子激光器外,各种激光器的基本工作原理均相同,装置的必不可少的组成部分包括激励(或抽运)、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔( 见光学谐振腔)3部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位,从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的定向性和相干性。 激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系,有时也称为激光增益媒质,它们可以是固体(晶体、玻璃)、气体(原子气体、离子气体、分子气体)、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求,是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转,并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去;为此,要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。 激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同,可以采取不同的激励方式和激励装置,常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的,整个激励装置,通常是由气体放电光源(如氙灯、氪灯)和聚光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的,整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的,通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。 激光器的种类是很多的。下面,将分别从激光工作物质、激励方式、运转方式、输出波长范围等几个方面进行分类介绍。 按工作物质分类 根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类:①固体(晶体和玻璃)激光器,这类激光器所采用的工作物质,是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的;②气体激光器,它们所采用的工作物质是气体,并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同,而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等;③液体激光器,这类激光器所采用的工作物质主要包括两类,一类是有机荧光染料溶液,另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子(如Nd)起工作粒子作用,而无机化合物液体(如SeOCl)则起基质的作用;④半导体激光器,这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用,其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入),在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间,通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转,从而产生光的受激发射作用;⑤自由电子激光器,这是一种特殊类型的新型激光器,工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束,只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射,原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域,因此具有很诱人的前景。 按激励方式分类 ①光泵式激光器。指以光泵方式激励的激光器,包括几乎是全部的固体激光器和液体激光器,以及少数气体激光器和半导体激光器。②电激励式激光器。大部分气体激光器均是采用气体放电(直流放电、交流放电、脉冲放电、电子束注入)方式进行激励,而一般常见的半导体激光器多是采用结电流注入方式进行激励,某些半导体激光器亦可采用高能电子束注入方式激励。③化学激光器。这是专门指利用化学反应释放的能量对工作物质进行激励的激光器,反希望产生的化学反应可分别采用光照引发、放电引发、化学引发。④核泵浦激光器。指专门利用小型核裂变反应所释放出的能量来激励工作物质的一类特种激光器,如核泵浦氦氩激光器等。 按运转方式分类 由于激光器所采用的工作物质、激励方式以及应用目的的不同,其运转方式和工作状态亦相应有所不同,从而可区分为以下几种主要的类型。①连续激光器,其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出,可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行,以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器,均属此类。由于连续运转过程中往往不可避免地产生器件的过热效应,因此多数需采取适当的冷却措施。②单次脉冲激光器,对这类激光器而言,工作物质的激励和相应的激光发射,从时间上来说均是一个单次脉冲过程,一般的固体激光器、液体激光器以及某些特殊的气体激光器,均采用此方式运转,此时器件的热效应可以忽略,故可以不采取特殊的冷却措施。③重复脉冲激光器,这类器件的特点是其输出为一系列的重复激光脉冲,为此,器件可相应以重复脉冲的方式激励,或以连续方式进行激励但以一定方式调制激光振荡过程,以获得重复脉冲激光输出,通常亦要求对器件采取有效的冷却措施。④调激光器,这是专门指采用一定的 开关技术以获得较高输出功率的脉冲激光器,其工作原理是在工作物质的粒子数反转状态形成后并不使其产生激光振荡 (开关处于关闭状态),待粒子数积累到足够高的程度后,突然瞬时打开 开关,从而可在较短的时间内(例如10~10秒)形成十分强的激光振荡和高功率脉冲激光输出(见技术'" class=link>激光调 技术)。⑤锁模激光器,这是一类采用锁模技术的特殊类型激光器,其工作特点是由共振腔内不同纵向模式之间有确定的相位关系,因此可获得一系列在时间上来看是等间隔的激光超短脉冲(脉宽10~10秒)序列,若进一步采用特殊的快速光开关技术,还可以从上述脉冲序列中选择出单一的超短激光脉冲(见激光锁模技术)。⑥单模和稳频激光器,单模激光器是指在采用一定的限模技术后处于单横模或单纵模状态运转的激光器,稳频激光器是指采用一定的自动控制措施使激光器输出波长或频率稳定在一定精度范围内的特殊激光器件,在某些情况下,还可以制成既是单模运转又具有频率自动稳定控制能力的特种激光器件(见激光稳频技术)。⑦可调谐激光器,在一般情况下,激光器的输出波长是固定不变的,但采用特殊的调谐技术后,使得某些激光器的输出激光波长,可在一定的范围内连续可控地发生变化,这一类激光器称为可调谐激光器(见激光调谐技术)。 按输出波段范围分类 根据输出激光波长范围之不同,可将各类激光器区分为以下几种。①远红外激光器,输出波长范围处于25~1000微米之间, 某些分子气体激光器以及自由电子激光器的激光输出即落入这一区域。②中红外激光器,指输出激光波长处于中红外区(2.5~25微米)的激光器件,代表者为CO分子气体激光器(10.6微米)、 CO分子气体激光器(5~6微米)。③近红外激光器,指输出激光波长处于近红外区(0.75~2.5微米)的激光器件,代表者为掺钕固体激光器(1.06微米)、CaAs半导体二极管激光器(约 0.8微米)和某些气体激光器等。④可见激光器,指输出激光波长处于可见光谱区(4000~7000埃或0.4~0.7微米)的一类激光器件,代表者为红宝石激光器 (6943埃)、 氦氖激光器(6328埃)、氩离子激光器(4880埃、5145埃)、氪离子激光器(4762埃、5208埃、5682埃、6471埃)以及一些可调谐染料激光器等。⑤近紫外激光器,其输出激光波长范围处于近紫外光谱区(2000~4000埃),代表者为氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)准分子激光器(3511埃、3531埃)、 氟化氪(KrF)准分子激光器(2490埃)以及某些可调谐染料激光器等⑥真空紫外激光器,其输出激光波长范围处于真空紫外光谱区(50~2000埃)代表者为(H)分子激光器 (1644~1098埃)、氙(Xe)准分子激光器(1730埃)等。⑦X射线激光器, 指输出波长处于X射线谱区(0.01~50埃)的激光器系统,目前软X 射线已研制成功,但仍处于探索阶段[编辑本段]激光器的发明 激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程,从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线(以至X射线和γ射线)的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。 激光器的诞生史大致可以分为几个阶段,其中1916年爱因斯坦提出的受激辐射概念是其重要的理论基础。这一理论指出,处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用,将转变到低能态,并产生第二个光子,同第一个光子同时发射出来,这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大,而且是相干光,即如多个光子的发射方向、频率、位相、偏振完全相同。 此后,量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识,微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明,这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐射理论,为激光器的产生进一步奠定了理论基础。20世纪40年代末,量子电子学诞生后,被很快应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用,并研制出许多相应的器件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光器的发明创造了条件。 如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数,就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发,就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子,这两个光子又会引发其他原子受激辐射,这样就实现了光的放大;如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡,从而发射出激光。这就是激光器的工作原理。1951年,美国物理学家珀塞尔和庞德在实验中成功地造成了粒子数反转,并获得了每秒50千赫的受激辐射。稍后,美国物理学家查尔斯·汤斯以及苏联物理学家马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激辐射原理来产生和放大微波的设计。 然而上述的微波波谱学理论和实验研究大都属于“纯科学”,对于激光器到底能否研制成功,在当时还是很渺茫的。 但科学家的努力终究有了结果。1954年,前面提到的美国物理学家汤斯终于制成了第一台氨分子束微波激射器,成功地开创了利用分子和原子体系作为微波辐射相干放大器或振荡器的先例。 汤斯等人研制的微波激射器只产生了1.25厘米波长的微波,功率很小。生产和科技不断发展的需要推动科学家们去探索新的发光机理,以产生新的性能优异的光源。1958年,汤斯与姐夫阿瑟·肖洛将微波激射器与光学、光谱学的理论知识结合起来,提出了采用开式谐振腔的关键性建议,并预防了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同期,巴索夫和普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性方案。 此后,世界上许多实验室都被卷入了一场激烈的研制竞赛,看谁能成功制造并运转世界上第一台激光器。 1960年,美国物理学家西奥多·梅曼在佛罗里达州迈阿密的研究实验室里,勉强赢得了这场世界范围内的研制竞赛。他用一个高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可使这一点达到比太阳还高的温度。 “梅曼设计”引起了科学界的震惊和怀疑,因为科学家们一直在注视和期待着的是氦氖激光器。 尽管梅曼是第一个将激光引入实用领域的科学家,但在法庭上,关于到底是谁发明了这项技术的争论,曾一度引起很大争议。竞争者之一就是“激光”(“受激辐射式光频放大器”的缩略词)一词的发明者戈登·古尔德。他在1957年攻读哥伦比亚大学博士学位时提出了这个词。与此同时,微波激射器的发明者汤斯与肖洛也发展了有关激光的概念。经法庭最终判决,汤斯因研究的书面工作早于古尔德9个月而成为胜者。不过梅曼的激光器的发明权却未受到动摇。 1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年,有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年,科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外,还有输出能量大、功率高,而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。 由于激光器具备的种种突出特点,因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面,并在许多领域引起了革命性的突破。比如,人们利用激光集中而极高的能量,可以对各种材料进行加工,能够做到在一个针头上钻200个孔;激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段,已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果;在通信领域,一条用激光柱传送信号的光导电缆,可以携带相当于2万根电话铜线所携带的信息量;激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外,多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。 今后,随着人类对激光技术的进一步研究和发展,激光器的性能将进一步提升,成本将进一步降低,但是它的应用范围却还将继续扩大,并将发挥出越来越巨大的作用。

1-3个月。

通常一般终审一个月也就有结果了。当然不是固定的,有的可能一个月有的则就可能是三个月甚至更久,但是这个时候作者催的紧,也起不到什么作用,要耐心的等待。

论文发表的准备其实是很关键的,编辑每天收到的都是大同小异的文章,要是作者论文质量好的会引起编辑注意的,所以论文的格式以及各方面的要求作者一定要做好准备。尽管大家都着急想要论文尽快的见刊发表,尤其是需要评职称的人员来说更是要紧的,但是也要耐心的等待。

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注意事项:

每一种期刊的刊稿类型和格式要求有不同,投稿前可先至各期刊官网查看投稿指南或稿约,做到心中有数。

正规期刊的审稿流程一般都是三审,即编辑部编辑初审、送各专业内护理专家外审、回到编辑部由主编终审,有的杂志社还要集体讨论,定稿,这个流程走下来,一旦录用,最快也要1个月,因此不可能很快审完。

排版印刷也是一样,要经过英文外审,定稿后还要经过三校,三次校对流程,这个过程至少2个月.再加上退回修改的过程,因此凡是正规期刊,加急状态下纸质版最快也要4个月才能发表。

参考资料来源:百度百科-激光与光电子学进展

参考资料来源:百度百科-期刊管理暂行规定

参考资料来源:人民网-科技期刊如何落实“三审三校”制

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创刊 1964年 . 月刊名称 激光与光电子学进展英文 Laser & Optoelectronics Progress主管 中国科学院主办 中科院上海光机所承办 中科院上海光机所协办 国家高技术惯性约束聚变委员会福建师范大学激光与光电子技术研究所主编 范滇元副主编 王建宇 张雨东 相里斌 龚尚庆编辑部 中国激光杂志社ISSN 1006-4125刊号 CN31-1690/TN地址 上海市嘉定区清河路390号邮编 201800

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