第四章——集成光源.pptVIP

多波长VCSEL阵列 4.2.4 半导体激光器的分类 4 垂直腔表面发射激光器（VCSEL） 4.2.4 半导体激光器的分类 4 垂直腔表面发射激光器（VCSEL） Eg决定了激光器的发射波长，在短波长段（850nm),采用GaAs和GaAIAs构成异质结构；在长波长段（1300~1550nm),采用InGaAsP和InP构成异质结构。 * * 完全对称的器件应具有两个与λB等距离的模式；实际上，由于制造过程，或者有意使其不对称，只能产生一个模式；又因为L λB ，上式的第二项非常小，所以发射光的波长非常靠近λB * 除双异质结 LD 对载流子进行限制外，还有另外一种完全不同的对载流子限制的方式。 * 量子阱器件很薄的GaAs有源层夹在两层很宽的AlGaAs半导体材料中，所以它是一种异质结器件。在这种激光器中，有源层的厚度 d 很薄，导带中的禁带势能把电子封闭在 x 方向上的一维势能阱内，但是在 y 和 z 方向是自由的。这种封闭呈现量子效应，导致能带量化分成离散值。 这种状态密度的变化，改变了自发辐射和受激发射的速率。量子阱半导体激光器有源层厚度仅是10nm，约为异质结器件的1/10，所以注入电流的微小变化就可以引起输出激光的大幅度变化。 * 4.2 半导体激光器 4.2.1 激光器的一般工作原理 4.2.2 半导体激光器基本原理 4.2.3 半导体激光器的结构 4.2.4 半导体激光器的分类 形成激光的先决条件： （1）工作物质（发光介质） （2）泵浦源——粒子数反转 （3）光学谐振腔——建立起稳定的激光振荡 4.2.1 激光器的一般原理 1、光振荡形成方法 晶体天然解理面形成的F-P腔； 有源区一侧的周期性纹波结构（DFB、DBR） 2、制作激光器的材料 “直接带隙”半导体材料 导带的最低点和价带的最高点对应相同的波数k “直接带隙”跃迁中保持动量守恒--辐射性复合 “间接带隙”跃迁动量发生变化，必须有声子参与--非辐射性复合 4.2.2 半导体激光器基本原理 间接带隙发光方式的辐射效率很低，因此需要采用直接带隙的半导体材料来制作激光器。 发射波长： 4.2.2 半导体激光器基本原理 4.2 半导体激光器 4.2.1 激光器的一般工作原理 4.2.2 半导体激光器基本原理 4.2.3 半导体激光器的结构 4.2.4 半导体激光器的分类 4.2.3 半导体激光器的结构 1.半导体激光器的通用结构 (1)有源区(增益区) 指实现粒子数反转分布、有光增益的区域。 (2)光反馈装置 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）光束的方向选择元件 与反馈装置垂直的光束才能得到放大 （5）光波导 对所产生的光波在器件内部进行引导 有源区通常由一个或多个垂直方向的PN结构成。 典型的N－n－P双异质结是由三种不同材料组成的多层结构：(a)一种重掺杂的宽带隙N型材料；(b)一种非常轻掺杂的窄带隙n型材料；(c)一种重掺杂的宽带P型材料。n区夹在N区和P区中间，形成两个异质结。 4.2.3 半导体激光器的结构 2.有源区的典型结构 一般双异质结构有源区的最佳厚度约为0.15μm。 当有源区厚度减至电子的德布罗意波长(约50nm)时，半导体将表现出量子特性，在导带和价带内产生宽度远小于深度的势阱，能够束缚电子（或空穴），称为量子阱(QW)结构。 4.2.3 半导体激光器的结构 2.有源区的典型结构 3. 法布里－珀罗（F-P）谐振腔 4.2.3 半导体激光器的结构 F－P腔原理简单，容易实现 4. 布喇格(Bragg)反射器 反射光束满足同相位相加的条件为 4.2.3 半导体激光器的结构 布喇格反射器光学谐振腔优点： 发射光谱主要由光栅周期决定，以对应F－P腔LD的腔长L，每一个形成一个微型谐振腔。由于的长度很小，所以m阶和(m+1)阶模之间的波长间隔比F—P腔大得多，加之多个微型谐振腔的选模作用，很容易设计成单纵模(单频)振荡。 4.2.3 半导体激光器的结构 4. 布喇格(Bragg)反射器 4.2 半导体激光器 4.2.1 激光器的一般工作原理 4.2.2 半导体激光器基本原理 4.2.3 半导体激光器的结构 4.2.4 半导体激光器的分类 1. F—P腔激光器 F-P腔激光器是指采用法布里一珀罗谐振腔作为光反馈装置的半导体激光器的统称。 4.2.4 半导体激光器的分类 4.2.4 半导体激光器的分类 1. F—P腔激光器 4.2.4 半导体激光器的分类 1. F—P腔激光器 4.2.4 半导体激光器的分类 1. F—P腔激光器 2．分布反馈(DFB)激光器和分布Bragg反射器(DBR)激光