第6章半导体激光器学案.pptVIP

峰值波长：在规定输出光功率时，激光器受激辐射发出的若干发射模式中最大强度的光谱波长。 中心波长：在激光器发出的光谱中，连接50％最大幅度值线段的中点所对应的波长。 1. 发射波长和光谱特性 图 3.7 GaAlAs-DH激光器的光谱特性 (a) 直流驱动; (b) 300 Mb/s数字调制 0 799 800 801 802 Im/mA 40 35 30 25 I=100mA Po=10mW I=85mA Po=6mW I= 8 0mA Po=4mW I=75mA Po=2.3mW L=250μm W=12 μm T=300K 830 828 832 830 828 832 830 828 826 832 830 828 826 824 836 834 832 830 828 826 824 822 820 (a) (b) 在直流驱动下， 发射光波长只有符合激光振荡的相位条件的波长存在。这些波长取决于激光器纵向长度L，并称为激光器的纵模。 驱动电流变大，纵模模数变小 ，谱线宽度变窄。 这种变化是由于谐振腔对光波频率和方向的选择，使边模消失、主模增益增加而产生的。 当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器。 图3.7(b)是300 Mb/s数字调制的光谱特性，随着调制电流增大，纵模模数增多，谱线宽度变宽。 2. 转换效率和输出光功率特性 激光器的电/光转换效率可用功率效率和量子效率表示。量子效率又分为内量子效率、外量子效率以及外微分量子效率。 (3.7a) 由此得到 (3.7b) 式中，P和I分别为激光器的输出光功率和驱动电流，Pth 和Ith 分别为相应的阈值，h f 和e分别为光子能量和电子电荷。 外微分量子效率ηd其定义是在阈值电流以上，每对复合载流子产生的光子数 外量子效率为： 图 3.10 典型半导体激光器的光功率特性 (a) 短波长AlGaAs/GaAs (b) 长波长InGaAsP/InP 4 3 2 1 0 50 100 150 0℃ 25℃ 70℃ 电流/mA 输出功率/ mW LED的P-I特性 5 4 3 2 1 0 0 50 100 I /mA 发射光功率P/mW 22℃ 50℃ 70℃ LD的P-I特性 Ith=I0 exp (3.9) 3. 温度特性 半导体激光器对温度十分敏感，其输出功率随温度会发生很大变化，其主要原因为：（1）激光器的阈值电流Ith 随温度升高而增大（2）外微分量子效率ηd随温度升高而减小。 温度升高时，Ith 增大，ηd减小， 输出光功率明显下降，达到一定温度时，激光器就不再受激辐射了。当以直流电流驱动激光器时，阈值电流随温度的变化更加严重。当对激光器进行脉冲调制时，阈值电流随温度呈指数变化，在一定温度范围内，可以表示为 I0为常数，T为结区的热力学温度，T0为激光器材料的特征温度。 GaAlAs –GaAs 激光器T0=100-150 K InGaAsP-InP 激光器T0=40－70 K 所以长波长InGaAsP-InP激光器输出光功率对温度的变化更加敏感。 图3.12示出脉冲调制的激光器，由于温度升高引起阈值电流增加和外微分量子效率减小，造成的输出光功率特性P －I曲线的变化。 Ith=I0 exp 图 3.12 P I曲线随温度的变化 3 分布反馈半导体激光器 分布反馈(DFB)激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性结构(波纹状)衍射光栅实现光反馈。这种衍射光栅的折射率周期性变化，使光沿有源层分布式反馈。 分布反馈激光器的要求： （1）谱线宽度更窄 （2）高速率脉冲调制下保持动态单纵模特性 （3）发射光波长更加稳定，并能实现调谐