第一章 激光原理及技术.ppt

* 1.6.4 磁光调制器 * 1.6.5 电源调制（直接调制） 直接调制：是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源 (激光二极管LD或半导体二极管LED)，从而获得已调制信号。 由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制。 * 1.6.6 干涉调制 定义：利用Michelson干涉原理将调制信号施加在压电陶瓷上，使动镜产生规律性运动的调制方式。 注意：此装置也可以用来测量微小位移或形变。 * The end. 1.7 半导体激光器 概 述 优点： 体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦。 工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。 可用高达Ghz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。 半导体二极管激光器是实用中最重要的一类激光器。在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及光雷达等方而已经获得了广泛的应用。 半导体激光器发展历程 自1962年问世，经历近50年的发展，就器件结构而言，由早期的同质结，到单异质结、双异质结、量子阱、应变量子阱，再到量子线、量子点、量子级联激光器，阈值电流由105A/cm2 下降到现在的102A/cm2量级，器件的可靠性由几分钟增加到百万小时连续工作，波长从中红外到近紫外，输出功率从几毫瓦到几十千瓦水平，上述种种可见，半导体激光器得到了惊人的发展。 1.7.1 半导体激光器的发光原理 1.半导体的能带结构： 价带（满带）与导带之间是禁带， 但是禁带很窄（?E g 约0.1～2 eV )。 导带 禁带 价带 空穴 电子 半导体中的光增益 利用半导体材料里导带电子与价带空穴的复合产生的受激辐射来进行光放大。 费米能级EF:系统处于热平衡状态且与外界不发生作功关系时，系统中每增加一个电子所引起系统自由能的变化。处于热平衡状态的系统有统一的费米能级。 非平衡状态时，平衡时统一的费米能级被打破，会出现导带准费米能级EFC和价带准费米能级EFV。 导带 禁带 价带 空穴 电子 hν 半导体激光器P-N结能带结构与发光原理 PN 结空间电场区 P区 N区 + + + + + + Ee P Ef 能量 EV P Ee N EV N P区 N区 （a）无外加电压时 EV P Ee P Ee N EV N Ef N Ef P hf hf （b）有外加电压时 费米能级Ef：反映半导体中电子填充能级的水平，费米能级高， 说明有较多电子填充到高能级上。 载流子 复合发光 双异质结半导体激光器发光原理 1.7.2 半导体激光器的结构 半导体激光器的结构由最初的单异质结，发展到双异质结、量子阱、量子线和量子点。 半导激光器的结构 大面积双异质结半导体激光器 1.7.2 半导体激光器的特性 光束特性 调制特性 单管的光束特性 半导体激光器有源层的宽度远远大于其厚度，造成了激光器辐射场具有以下两个明显的特点： 第一个特点是辐射场远场光强分布极不对称。光斑呈狭长的椭圆形，光束在垂直与PN结方向的发散角θ⊥远大于在平行于PN结方向的发散角θ∥，θ⊥通常为30°～ 40°，θ∥为6°～ 12°。垂直与PN结方向通常也称为激光器输出光束的快轴，相应地平行于PN结的方向通常成为慢轴。 半导体激光器辐射光斑示意图 半导体激光器远场光强分布示意图 激光束的空间特性 单管的光束特性 第二个特点是输出光束存在很大的像散（Astigmatic Aberration）。像散是一种光学像差，是指激光器输出光束快轴和慢轴方向上的发射源点不重合。像散的存在破坏了光束的同心性，使得快轴和慢轴方向的光束无法同时聚焦。 半导体激光器输出光束的像散 半导体激光器几种横模的光强分布与光斑形状 cm条列阵激光器的光束特性 半导体激光器线阵是由多个管芯构成的，一般是1cm长，上面有19个或24个发射单元，每个发光单元的宽度为100μm，周期为500μm，各个管芯之间的距离是400μm。 经微柱透镜准直后的cm条列阵激光器的远场光斑图 调制特性 1、温度特性 －功率曲线随温度的变化 温度变化将改变激光器的输出光功率，有两个原因：一是激光器的阈值电流随温度升高而增大，二是外微分量子效率随温度升高而减小。图给出了LD的P-I曲线随温度变化的实例。 LD的P-I曲线随温度的变化 调制特性 1、温度特性 －波长随温度的变化 调制特性 1、温度特性 －阈值电流随温度的变化 调制特性 2、电流－波长特性： 电流变化会引起激射波长的变化。 谢 谢！ * 1.4.5 高斯光束的准直 准直：使得方向性更好，发散角更小