光纤通信技术-第三章 光源与光发射系统.ppt

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(DFB)激光器 (a) 结构； (b) 光反馈 3.4.1 分布反馈式激光器 分布反馈半导体激光器（DFB） 通过腔体内的周期分布反馈光栅来实现 分布布拉格反射激光器（DBR） 分布反馈光栅刻在有源区的外面 （a）DFB （b）DBR DFB激光器和DBR激光器的工作原理都是基于布拉格反射原理，当光波入射到两种不同介质的交界面时，能够产生周期性的反射，把这种反射称为布拉格反射。 由有源层发射的光，一部分在光栅波纹峰反射(如光线a)， 另一部分继续向前传播，在邻近的光栅波纹峰反射(如光线b)。 光栅周期 Λ=m ne 为材料有效折射率，λB为布喇格波长，m为衍射级数。 DFB激光器与F-P激光器相比， 具有以下优点： ① 单纵模激光器； ② 谱线窄， 波长稳定性好 ③ 动态谱线好； ④ 线性好 N型半导体和P型半导体重掺杂能带图 在P型和N型半导体组成的PN结界面上，由于存在多数载流子(电子或空穴)的梯度，因而产生扩散运动，形成内部电场。 内部电场产生与扩散相反方向的漂移运动，直到P区和N区的Ef 相同，两种运动处于平衡状态为止，结果能带发生倾斜。 4．重掺杂的PN结 零偏压时P - N结的能带倾斜图； 增益区的产生： 在PN结上施加正向电压，产生与内部电场相反方向的外加电场，结果能带倾斜减小，扩散增强。电子运动方向与电场方向相反，便使N区的电子向P区运动，P区的空穴向N区运动，最后在PN结形成一个特殊的增益区。 增益区的导带主要是电子，价带主要是空穴，结果获得粒子数反转分布。 在电子和空穴扩散过程中，导带的电子可以跃迁到价带和空穴复合，产生自发辐射光。 正向偏压下P - N结能带图 获得粒子数反转分布 3.2.2 F-P腔半导体激光器结构和分类 在半导体激光器中，从光振荡的形式上来看，主要有两种方式构成的激光器，一种是用晶体天然解理面形成的F-P腔（法布里-珀罗谐振腔），当光在谐振腔中满足一定的相位条件和振幅条件时，建立起稳定的光振荡。这种激光器称为F-P腔激光器。另一种是利用有源区一侧的周期性波纹结构提供光耦合来形成光振荡，如分布反馈（DFB）激光器和分布拉格反射（DBR）激光器。 3.2.2 F-P腔半导体激光器结构和分类 F-P腔激光器从结构上可分为同质结半导体激光器、单异质结半导体激光器和双异质结半导体激光器。 同质结半导体激光器是早期研制的半导体激光器，是结构最简单的半导体激光器，它的有源区对光波和载流子的限制不够完善，使激光器的阈值电流较大，另外，同质结激光器是不能实现室温下连续工作的。为克服以上缺点，又研制出了单异质结激光器和双异质结激光器，简称为异质结激光器 。 DH激光器工作原理 由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后， P层的空穴和N层的电子注入有源层。 P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，注入到有源层的电子不可能扩散到P层。 同理， 注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。 这样，注入到有源层的电子和空穴被限制在厚0.1~0.3 μm的有源层内形成粒子数反转分布，这时只要很小的外加电流，就可以使电子和空穴浓度增大而提高效益。 另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内，因而电/光转换效率很高，输出激光的阈值电流很低，很小的散热体就可以在室温连续工作。 DH激光器工作原理 (a) 双异质结构； (b) 能带； (c) 折射率分布； (d) 光功率分布 3.2.3 半导体激光器特性 阈值特性 光谱特性 温度特性 电/光转换效率 1. 阈值特性 对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流值称为阈值电流，用Ith表示。 在IIth的一段范围内，发