半导体激光器工作原理及基本结构-副本-副本课件.ppt

半导体、固体激光器 半导体、固体激光器 工作原理及基本结构 器件分类（主要参数） 应用 半导体激光器工作原理及结构 半导体激光器按泵浦方式不同，可以分为注入式激光器、光泵激光器和电子束泵浦激光器。其中注入式激光器是利用同质结构或异质结将大量的过剩载流子(电子一空穴对)注入激活区以形成集居数反转。这类激光器由于容易实现电流直接调制输出，因此它是目前使用最为广泛的一种半导体激光器，所以接下来我们来着重介绍一下注入式半导体激光器的工作原理。 半导体激光器工作原理及结构 注入式半导体激光器 是一种在电流注入下能够发出相干辐射光（相位相同、波长基本相同、强度较大）的光电子器件。。 半导体激光器工作原理 工作三要素： 受激光辐射、谐振腔、增益大于等于损耗。 自发光辐射和受激光辐射 自发光辐射（发光二极管） 当给器件加正向偏压时，n区向p区注入电子，p区向n区注入空穴，在激活区电子和空穴自发地复合形成电子-空穴对，将多余的能量以光子的形式释放出来，所发射的光子相位和方向各不相同，这种辐射叫做自发辐射。 受激光辐射（半导体激光器） 在材料设计时，考虑将p区和n区重掺杂等工艺，使得辐射光严格在pn结平面内传播，单色性较好，强度也较大，这种光辐射叫做受激光辐射。 法布里-珀罗谐振腔 (形成相干光) 垂直于结面的两个平行的晶体解理面形成法布里-珀罗谐振腔 ，两个解理面是谐振腔的反射镜面。在两个端面上分别镀上高反膜和增透膜，可以提高激射效率。 一定波长的受激光辐射在谐振腔内形成振荡的条件: 腔长=半波长的整数倍 L=m(λ/2n) 增益和阈值电流 增益：在注入电流的作用下，激活区受激辐射不断增强。 损耗：受激辐射在谐振腔中来回反射时的能量损耗。包括载流子吸收、缺陷散射及端面透射损耗等。 阈值电流：增益等于损耗时的注入电流。 半导体激光器的分类（材料和波长） 可见光： GaAs衬底 InGaN/ GaAs 480~490nm 蓝绿光 InGaAlP/GaAs 630~680nm AlGaAs/GaAs 720~760nm 近红外长波长： GaAs衬底 AlGaAs/GaAs 760~900nm InGaAs/GaAs 980nm 远红外长波长： InP衬底 InGaAsP/InP 1.3um 1.48um 1.55um 输出激光可以是连续的(CW)、准连续(QCW)的和脉冲(Pulse)的。 半导体激光器的应用 随着科学技术的发展，目前半导体激光器的功率可以达到很高的水平，而且光束质量也有很大提高，因此半导体激光器的应用范围日益扩大，不仅可以作为光纤通信的光源和指示器，以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统;目前已经扩展到下列应用范围:固体激光器的泵浦、打印、激光医学治疗和卫星通讯等。由于半导体激光器可以通过改变磁场或调节电流(热效应)实现波长调谐，且已经可以获得线宽很窄的激光输出，因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究。此外，现在波长633~635nm的半导体激光器的品种不少，有的质量很好，有可能代替现有的He-Ne激光器，它可以与打印机、复印机的光导数的光谱性能更好地匹配，从而促进激光打印机和静电复印机的发展，如果采用适当的光学系统，进一步改善激光器的光束质量，也有可能使半导体激光器进入精密计量测试。例如用半导体激光器构成激光干涉仪，例用它的频率调制特性，可以不用异轨也不数大量干涉条纹就能测量出光程差，从而可以求出几何长度。总之，半导体激光器随着它本身质量和性能指标提高，它的应用前景必然是越来越广阔。 半导体激光器的应用 在产业技术上的应用： 1. 光纤通信。光纤通信已经成为当代通信技术的主流。半导体激光器是光纤通信系统的唯一实用化的光源； 2. 光盘存取。半导体激光器已经用于光盘存储器，其最大优点就是存储信息量很大。采用蓝、绿激光能够大大提高光盘存储密度； 3. 光谱分析。远红外可调谐半导体激光器已经用于环境气体分析，监测大气污染、汽车尾气等； 4. 光信息处理。半导