半导体激光器LD资料讲解.pptVIP

半导体激光器朱守奎 ，马小品 2014年11月7日 天津大学电子信息工程学院 School of Electronic Information Engineering 一、简单介绍 1. 激光：英文LASER是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (受激辐射放大光)的缩写。 2.半导体激光器（LD）：又名激光二极管（Laser Diode），是以半导体材料作为工作物质的激光器，是实际应用中最重要的一类激光器。 3.特点：超小型、高效率、寿命长、结构简单、价格便宜；采用注入电流的方式泵浦；工作电压电流与集成电路兼容，可与之单片集成。 4.应用：在光纤通信、激光唱片、光存储、全息照相、数码显示，激光打印，激光测距、医疗军事等领域得到广泛的应用。在光信息处理、光计算等新领域也将发挥重要的作用。 1.受激吸收：在电流或光作用下，价带中的电子获得能量跃迁的导带中，在价带中留下一个空穴，称为受激吸收。这就必须要有足够强的电流注入，即有足够的粒子数反转，粒子数反转程度越高，得到的增益就越大，即要求必须满足一定的电流阈值条件。 2.自发辐射与受激辐射：导带的电子不稳定，向价带跃迁与空穴复合而放出光子——光辐射。如果跃迁是自发的，则光子具有随机的方向、相位及偏振态，称为自发辐射；如果受到入射光子的激励，辐射的光子与入射光子有相同的方向、相位及偏振态，称为受激辐射。 二、半导体激光器的工作原理 光作用下的跃迁和辐射 E2 - E1 = hv E1 E2 (a) 受激跃迁 hv E1 E2 (b) 自发辐射：非相干光 hv E1 E2 (c) 受激辐射：相干光 hv hv hv 3.激光的产生：当在半导体中实现粒子数反转，使得受激辐射大于受激吸收，使得光增益大于光损耗，就可产生激光。 半导体中激光产生的条件： 粒子数反转：产生大量的受激辐射 光学谐振腔：实现光放大 达到阈值电流密度：使得增益大于损耗 三、半导体激光器的一般构成??? LD的通用结构 构成部分： 1.有源区 有源区是实现粒子数反转分布、有光增益的区域。 2.光反馈装置 在光学谐振腔内提供必要的正反馈以促进激光振荡。 3.频率选择元件 用来选择由光反馈装置决定的所有纵模中的一个模式。 4.光波导 用于对所产生的光波在器件内部进行引导。 LD的结构： 四、几种典型的LD 1.同质结半导体激光器 同质结LD 2.单异质结LD p-GaAs层内的电子浓度增大，辐射复合的几率也增加，光波导效应显著，阈值电流较同质结低。 3.双异质结LD 四.分布反馈式LD 分布反馈式 (DFB) 激光器 内置布拉格光栅FBG： 只有符合反射条件的 光会得到强烈反射经 历放大过程 输出的波长为： m是纵模的阶数 谢谢 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * 在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁称为受激吸收。电子跃迁后，在低能级留下相同数目的空穴。 在高能级E2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用， 也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。大量不同激发态的电子自发跃迁产生的光，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。 在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。受激辐射产生的光在频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。 * 边模抑制可以达到30dB，且对电流和温度变化不太敏感，而且P-I曲线线性度好 理想对称的DFB激光器会同时发射两个0阶模。但实际中可以通过人为地使结构不对称导致模式增益的退化，最终导致单模操作 [1] H. Kogelink and C. V. Shank,Coupled-Wave Theory of Distributed Feedback Lasers, Journal of Applied Physics, vol. 43, no. 5, May 1972. [2] 蔡伯