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什么是半導體激光器

2018年02月01日 13:49 網絡整理 作者: 用戶評論(0

什么是半導體激光器?

半導體激光器是以一定的半導體材料做工作物質而產生激光的器件。。其工作原理是通過一定的激勵方式,在半導體物質的能帶(導帶與價帶)之間,或者半導體物質的能帶與雜質(受主或施主)能級之間,實現非平衡載流子的粒子數反轉,當處于粒子數反轉狀態的大量電子與空穴復合時,便產生受激發射作用。半導體激光器的激勵方式主要有三種,即電注入式,光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導體激光器,一般是由砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等材料制成的半導體面結型二極管,沿正向偏壓注入電流進行激勵,在結平面區域產生受激發射。光泵式半導體激光器,一般用N型或P型半導體單晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物質,以其他激光器發出的激光作光泵激勵。高能電子束激勵式半導體激光器,一般也是用N型或者P型半導體單晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質,通過由外部注入高能電子束進行激勵。在半導體激光器件中,性能較好,應用較廣的是具有雙異質結構的電注入式GaAs二極管激光器。

半導體激光(Semiconductor laser)在1962年被成功激發,在1970年實現室溫下連續輸出。后來經過改良,開發出雙異質接合型激光及條紋型構造的激光二極管(Laser diode)等,廣泛使用于光纖通信、光盤、激光打印機、激光掃描器、激光指示器(激光筆),是目前生產量最大的激光器。

激光二極體的優點有:效率高、體積小、重量輕且價格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%,P-N型也達到數%~25%,總而言之能量效率高是其最大特色。另外,它的連續輸出波長涵蓋了紅外線到可見光范圍,而光脈沖輸出達50W(脈寬100ns)等級的產品也已商業化,作為激光雷達或激發光源可說是非常容易使用的激光的例子。

半導體激光器主要性能參數定義

1.P-I 特性及閾值電流

P-I特性揭示了LD輸出光功率與注入電流之間的變化規律,因此是LD最重要的特性之一。

什么是半導體激光器

由P-I曲線可知,LD是閾值型器件,隨注入電流的不同而經歷了幾個典型階段。

當注入電流較小時,有源區里不能實現粒子數反轉,自發輻射占主導地位,LD發射普通的熒光,光譜很寬,其工作狀態類似于一般的發光二極管。

隨著注入電流的加大,有源區里實現了粒子數反轉,受激輻射開始占主導地位,但當注入電流仍小于閾值電流時,諧振腔里的增益還不足以克服損耗,不能在腔內建立起一定模式的振蕩,LD發射的僅僅是較強的熒光,稱為“超輻射”狀態。

只有當注入電流達到閾值以后,才能發射譜線尖銳、模式明確的激光,光譜突然變窄并出現單峰(或多峰)。

2.激光器線寬

半導體的激光器的線寬是多少?有的用nm表示,有的用Hz表示,計算公式是什么?經常會提到激光器的線寬《0.0001 nm 換算成“Hz”是多少赫茲啊?

線寬即為激光某一單獨模式的光譜寬度,一般表達形式:nm,Hz,cm-1。該參數與激光本身的波長由關系。

什么是半導體激光器

3. 邊模抑制比(SSR)

邊模抑制比是指在發射光譜中,在規定的輸出功率和規定的調制(或CW)時最高光譜峰值強度與次高光譜峰值強度之比。

什么是半導體激光器

4. 振蕩腔

什么是半導體激光器

諧振腔的作用是選擇頻率一定、方向一致的光作最優先的放大,而把其他頻率和方向的光加以抑制。凡不沿諧振腔軸線運動的光子均很快逸出腔外; 沿軸線運動的光子將在腔內繼續前進,并經兩反射鏡的反射不斷往返運行產生振蕩,運行時不斷與受激粒子相遇而產生受激輻射,沿軸線運行的光子將不斷增殖,在腔內形成傳播方向一致、頻率和相位相同的強光束,這就是激光。為把激光引出腔外,可把一面反射鏡做成部分透射的,透射部分成為可利用的激光,反射部分留在腔內繼續增殖光子。

光學諧振腔的作用有:

①提供反饋能量,

②選擇光波的方向和頻率。

諧振腔內可能存在的頻率和方向稱為本征模。兩反射鏡的曲率半徑和間距(腔長)決定了諧振腔對本征模的限制情況。不同類型的諧振腔有不同的模式結構和限模特性。

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( 發表人:李倩 )

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