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异质结半导体激光器 为了获得较高的势垒要求两种材料的禁带宽度有较大的差值。 双异质结半导体激光器 双异质结半导体激光器 由于p-p异质结和p-n异质结对注入有源层的电子和空穴分别存在势垒，阻止电子和空穴的继续漂移，电子和空穴因此在有源层大量聚集，形成粒子数反转。 另外，GaAs相比于AlGaAs具有更高的折射率，因此形成二维介质波导将光子约束在有源层中，从而降低了光子的损耗，提高了光子密度。 1、谐振腔对激光频率的约束： nL=(λ/2)K λ=2nL/K (K=1,2,3…..) f=ck/2nL (K=1,2,3) Δf=c/2nL 分布反馈及分布布拉格半导体激光器 分布反馈式LD 分布反馈及分布布拉格半导体激光器 2、法布里-珀罗（F-P）半导体激光器的缺点： 腔长一般为数百个微米，难以实现单纵模输出。满足不了光纤通信的需要（单模光纤） 分布反馈激光二极管 3、DFB-LD的谐振： 沿有源层长度方向的折射率周期性变化（波纹状）的Bragg光栅。 分布布拉格半导体激光器 1.4 半导体激光器 (laser diode) 1.4.3、分布反馈激光二极管 4、分布反馈原理： 分布反馈激光二极管 光沿有源层传播时，一部分在光栅波纹峰反射（折射率不同），另一部分透射。 如果邻近的反射光具有相同的相位，则叠加增强。 分布反馈激光二极管 1962年，GaAs激光器，77K的温度下，脉冲输出； 1970年，半导体激光器的室温下连续输出； 波长范围履盖了可见光到长波红外，寿命百万小时，室温下连续工作，输出功率由几毫瓦到千瓦级。 半导体激光器的工作原理 缺点: 激光性能受温度影响大； 光束的发散角较大(一般在几度到20度之间)。准直器（两个半柱透镜） 半导体激光器的工作原理 二、半导体激光器的优点和缺点 优点： 结构简单； 电流泵浦，功率转换效率高(最大可达50%)，便于调制； 半导体激光器的工作原理 三、产生激光的4个条件： 合适的工作物质 例如：氦氖激光器-氖原子 红宝石激光器-CrO3 泵浦 （气体放电-光泵浦） 粒子数反转 （能级、热平衡） 在没有外界影响的条件下，热力学系统的宏观性质不随时间变化的状态。 谐振腔 半导体激光器的工作原理 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： 简并型半导体、费米 能级与PN结 半导体激光器的工作原理 简并半导体：当杂质浓度超过一定数量后，载流子开始简并化的现象称为重掺杂（施主杂质或是受主杂质的浓度很大），即费米能级进入了价带或导带的半导体。 简并参杂半导体pn结的能带结构图 半导体激光器的工作原理 五、粒子数反转： 当加在PN结上的正向电压超过某一值（eVEg）后，PN结的某段区域中导带底的电子数大于价带顶电子数，出现粒子数反转。该区域称为增益区(有源区) 。 半导体激光器的工作原理 粒子数反转的理解： 外电场、电子和空穴的注入、扩散、复合。 在PN结的某段区域，自由电子、空穴的浓度同时增大（电子占据导带的概率提高，占据价带的概率减小）。 当电流增加到某个值时，自由电子、空穴的浓度足够大，实现粒子数反转。 半导体激光器的工作原理 简并半导体形成的PN结，在热平衡时， N区导带底被电子占据的概率 P区价带顶被电子占据的概率 N区和P区被耗尽层分割，N区自由电子不能进入P区复合。 当正偏时，外加加压减小了耗尽层厚度，当外加电压为Eg时，耗尽层消失，P区和N区接触。 半导体激光器的工作原理 半导体激光器的工作原理 GaAs的禁带宽度： 1.42 eV 普朗克常数 = 6.626068 × 10-34 m2 kg / s e=1.6021892×10-19C 半导体激光器的工作原理 常用半导体材料的禁带宽度： Ge、 Si、 GaAs 0.66eV、1.12 eV、1.42 eV 半导体激光器的工作原理 P－N 结的厚度仅几十微米； 谐振腔一般是直接利用垂直于P－N 结的两个端面（解理面） GaAs的折射率n＝3.6，反射率0.32，另一面镀全反射膜。 六、法布里-珀罗腔，简记为F-P腔 半导体激