量子效率 Quantum efficiency

2022-10-28 13:20:03 浏览:334

定义

有助于达到所需效果的输入光子的百分比。

量子效率(或量子产率)通常对以某种方式转换光的过程感兴趣。它被定义为有助于预期效果的输入光子的百分比。例如:

  • 在激光增益介质中,泵浦过程可能需要将激光活性离子从一个电子能级(离子被泵入其中)转移到激光跃迁的上能级。该泵浦量子效率是吸收的泵浦光子的一部分,它有助于上激光能级的数量。对于许多激光增益介质,这种效率接近单位(100%),但对于其他介质来说可能要小得多。这可能取决于激发密度和寄生吸收过程等因素。它不容易测量,因为功率转换效率还取决于其他因素,例如光损耗,这些因素并不容易量化。
  • 同样,可以定义荧光的量子效率。它可以通过非辐射过程(例如多声子跃迁和能量转移过程)来减少。如果没有发生这种影响,它基本上可以是100%。
  • 在光电二极管(或其他光电探测器)中,量子效率可以定义为对外部光电流有贡献的入射(或吸收)光子的比例。(有关方程,请参阅有关光电流的文章。在可见光和近红外区域,光电二极管的量子效率可以高于90%,尽管40%到80%之间的值更常见。光电倍增管的量子效率要低得多,这在很大程度上取决于波长区域。在盖革模式下的雪崩光电二极管的情况下,量子效率不考虑死区时间效应。

量子效率超过 100%

图 1:掺铥光纤激光器中的 1.9 μm 发射>量子效率为 100%。

在某些特殊情况下,激光或激光放大器的量子效率可能大于单位。这是由于激光活性离子之间的某些能量转移过程,导致一种交叉弛豫:从一个处于某种激发态的离子开始,其一部分能量转移到其他一些离子上,该离子最初处于电子基态,并且两个离子最终都处于上激光能级。当然,只有当激光跃迁的光子能量低于泵浦光的一半时,才会发生这种情况,因此两个产生的光子加在一起的能量比一个泵浦光子少。如图 1 所示的一个例子是掺铥 1.9 μm 光纤激光器,其中离子被泵入水平仪3F2−4,交叉松弛过程(灰色箭头)填充上部激光水平仪3H4.这原则上可能导致高达200%的量子效率。在实践中可以达到远高于 100% 的值。

量子效率不应与量子缺陷混淆。

光检测和表征

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