半导体激光器.doc

《半导体激光器.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、半导体激光器1、半导体激光器及其应用利用少数载流子注入产生受激辐射的半导体器件。广泛应用在光纤通信、光信息记忆和处理、光测量等各个方面。2、自发辐射和受激辐射E2E1Hv=E2-E1自发辐射：不受外界因素作用，电子自发地从激发态回到基态，并发射光子的过程。受激辐射：处于激发态的E2电子受到能量为hv的光子作用时，受激电子跃迁到基态E1，并发射一个能量为hv的光子的过程。其中入射光子的hv=E2-E1。自发辐射中光子虽然具有相同的能量，但光辐射的相位和传播方向等都可不同。受激发射中光子不但具有相同的能量，而且光辐射的全部特性（位相，方向，偏振态等）与入射光子完全相

2、同。3、粒子数分布反转当上述系统处于恒定的光辐射场作用下时，能级E1和E2的吸收，自发辐射和受激辐射是同时存在的。只有在处于激发态的电子数大于处于基态的电子数时，自发辐射和受激辐射将超过吸收过程，系统发射的光子数将大于进入系统的同样能量的光子数。受激辐射大于吸收的必要条件：处于激发态的电子数大于处于基态的电子数。ƒ（E）=1/（1+e（E-EF/k0T））半导体形成分布反转的条件:EFn-EFp≧Eg半导体受激辐射大于吸收的必要条件：EFn-EFp＞hv≧Eg注入电流n区p区1、PN结激光器原理（1）实现粒子数反转的材料P区和n区掺杂量较高，正向偏压下能在结面附

3、近出现粒子分布反转区，EFn-EFp≧Eg。（2）激光器共振腔P-n结激光器中垂直于结面的两个严格平行的晶体解理面形成法布里-珀罗共振腔（FP腔），两个解理面就是共振腔的反射镜面。光在腔内来回反射一次的位相差Ψ=2jл（j为整数）时为干涉强度极大值。m(λ/2n)=L只允许半波长整数倍正好等于共振腔长度的受激辐射在共振腔内形成振荡。（3）增益和阈值电流增益：受激辐射，I（x）=I0egx，g:增益系数损耗：吸收损耗，透射损耗。I（x）=I0e-αx，α：吸收系数阈值电流密度：增益等于损耗时的注入电流密度，此时的增益为阈值增益gt。gtι=αι+ln1/Rι:腔长

4、，R：反射镜面的发射系数，gtι=αι+1/2ln1/R1R2两反射镜面的发射系数不同。增益系数g（E）=c3h3rsp（E）/8лn3E2{1-exp[E-ΔEF/KT]}c:光在真空的传播速度，rsp:光子能量为（E）的自发复合速率=A21ƒ2（E2）[1-ƒ1（E1）]ƒ2（E2）：导带E2能级被电子占据的几率=1/exp[E2-(EF)c/KT]+1ƒ1（E1）:价带E1能级被电子占据的几率=1/exp[E1-(EF)v/KT]+1n:折射率；E：光子能量；ΔEF：（EF）Ec―（EF）EvE的最小值为Eg;g随导带和价带的准费米能级差ΔEF增大而增大。

5、（4）半导体激光器的光波导层由于激活层的折射率大于相邻两层的折射率，因此构成了波导层，对光子起限制作用。折射率大，反射率也大。同质结激光器：半导体材料的折射率和载流子浓度成正比，激活区由于非平衡载流子注如，载流子浓度大于非激活区，形成比周围区域高的折射率，构成平板波导。1、半导体激光器的工作特性1、P-I特性曲线发射光强与注入电流的关系曲线。拐点对应的是阈值电流。阈值电流以下基本上是自发辐射，以上为受激辐射。2、微分外量子效率当激光器达到阈值以后，随注入载流子对的增加，发射的受激光子数增加了多少。ηex=发射出的光子数增加量/注入光子数的增加量（=hv*ηqi*

6、[1/2L*ln(1/R1R2)/Гgth]Г：限制因子，有源区内光功率/总光功率共振腔长度L减小时，微分外量子效率增大，因此半导体激光器的效率比其它激光器高。）3、功率效率：ηW=Pex/IV,={hv*ηqi*[(I-Ith)/e]*1/2Lln(1/R1R2)/Гgth}/IV当I》Ith，I-Ith≈I，一般半导体吸收α《1/2Lln(1/R1R2)，有Гgth=1/2Lln(1/R1R2)2、几种异质结激光器的结构p246EP激光器（1）单异质结激光器（2）双异质结激光器（3）大光腔激光器（4）窄光腔激光器（5）四异质结激光器（一般认为，激活区越窄，注

7、入的载流子浓度越高，易于达到粒子数反转，载流子的复合几率也大。另外，光场受波导的限制，有一个确定的分布，光场被限制的区域越靠近激活区宽度，激活区的光密度越高，产生受激发射的效率就越高；如果光场被限制的区域大大超过有源区宽度，则光场中有很大一部分光子起不到激发有源区内载流子受激复合的作用，内量子效率会降低，但由于有源区外的光子被吸收的几率很小，这对光的出射是有利的。所以如何选择和制备激活区和波导机构是激光二极管的重要问题）1、反馈激光器（DFB）、（分布布拉格反射型激光器（DBR））激光器的侧壁作成周期性光栅结构，构成周期性波导。m(λ/2n)=L半波长的整数倍等

8、于光栅的周期的受激辐射能