光纤传感原理-半导体光源知识介绍.pptVIP

北京航空航天大学 在共振腔内沿腔轴方向形成的各种驻波称为谐振腔的纵模 有2个以上纵模激振的激光器，称为多纵模激光器。 通过在光腔中加入色散元件或采用外腔反馈等方法，可以使激光器只有一个模式激振，这样的激光器称为单纵模激光器。  光在腔内传播时，除了对光场的增益外，还会经历各种损耗 损耗包括2部分：激活物质的损耗系数与由于端面部分反射系数引起的损耗 通过上面的学习，我们可以对激光器的基本构成作一下总结 所谓i同质结：结两边半导体材料相同，但掺杂类型不同 为了改善载流子和光波场的约束效果，提出了异质结的概念，异质结：结两边的半导体材料具有不同的禁带宽度 异质结的结构，限制载流子在很小的区域内，从而提高注入载流子的浓度 同时，异质结两边的折射率差又形成了光波导，这将辐射复合产生的光子限制在有源区内 如果在两层宽带隙材料层间夹一层窄带隙材料，则称为双异质结结构 典型的双异质结激光器如图所示 双异质结结构成功的解决了在垂直于结平面方向对载流子和光子的限制问题， 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 分布反馈激光器的特点： （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 （4） 阈值电流更低 （5）输出光功率更大 分布反馈（DFB）激光器 分布反馈(DFB)激光器 (a) 结构； (b) 光反馈 分布反馈（DFB）激光器 6、半导体激光器的封装 根据输出功率，分为大功率、中低功率， 外形有圆形、方形、长方形等 常见的封装：同轴封装、双列直插封装、蝶形封装 上图是中低功率的半导体激光器 半导体激光器的封装 LD 芯片 PD 热电制冷器TEC 热敏电阻TH Fiber Carrier Submount Package 典型半导体激光器模块的构成 LD管芯 热电制冷器 半导体光源：LD的封装 习题和思考题 半导体激光器的结构与PN结二极管有何异同，其激光产生过程与其它激光器相比有何特点 比较LED、SLD、LD三种器件的工作原理及其工作特性 总结半导体激光器的特性参数 半导体激光器组件由哪几部分组成，阐述其作用 今天讲的内容是半导体光源这部分 这是一个光纤传感器的典型构成图，光源发出参考光，经光纤传输到调制区，携带 被测信息的部分光返回探测器，转变为电信号，再由信号检测与处理单元解调出被测量 这其中，光源是整个光纤传感器的核心部分，其特性影响着整个系统的性能，因此正确选择光源是设计与优化光纤传感器的前提。 对于光源这部分，有2个方面的内容：一个是常用的光源有哪些，需要我们掌握其基本工作原理和主要工作特性 第二个方面是学习半导体光源的驱动、控制和调制技术。 这堂课主要是学习第一个方面的内容，讨论常用的半导体光源，包括led、ld和sld的基本原理和工作特性 下堂课学习第三方面的内容 半导体发光二极管（LED）、半导体激光器（LD）、超辐射发光二极管（SLD）是光纤传感器中最常用的光源。这三种光源都是利用PN结把电能转换成光能的半导体器件，具有体积小、重量轻、结构简单、使用方便、工作寿命长的特点，因此它们在光纤传感器系统中得到广泛应用。 光纤传感器根据光学被测量的不同，可以分为强度型、偏振型和干涉型，其中强度型的光纤传感器不需要偏振，也不需要相干， 故可以使用廉价的非相干、非偏振光源，如LED， 在偏振型和干涉型光纤传感器中，则需要提供一个干净的入射光场，因此可以使用ld或sld，其中sld广泛应用于中低精度的光纤陀螺 接下来，我们将对半导体光源的物理基础、基本工作原理、工作特性详细的介绍，并且将重点介绍用的最多的半导体激光器 按照导电特性，材料可以分为导体、半导体和绝缘体三种 举例 半导体材料具有一个特殊的性质，与导体和绝缘体不同，通过改变掺杂的浓度，可以改变半导体材料的电阻率，这就可以实现半导体材料导电性能的可控性 这也是采用半导体材料制作电子器件、光电器件的原因 半导体材料可分为本征半导体、P型半导体和N型半导体 所谓本征半导体就是纯净的、无掺杂半导体，常用的si、ge都是本征半导体 在四价的本征半导体，掺入少量三价的Ga、b、al等杂质元素，形成p型半导体，也称为空穴型半导体，在p型半导体中，空穴是多数载流子，而电子是少数载流子 ；如果在四价的本征半导体中掺入少量的五价杂质元素，如P、As等，就形成了n型半导体，也称为电子型半导体，在n型半导体中，电子是多数载流子，而空穴则是少数载流子 Led、d和sl