半导体激光器和发光二极管（PPT 精品）.ppt

一. 激光原理的基础知识 1、光的吸收和放大 1）能级和能带 2）能级的光跃迁 3）光的吸收和放大 2、半导体激光器中增益区的形成 晶体中载流子的统计分布 PN结的能带和增益区的形成 （3）光的吸收与放大 设光波频率为?，光强为I ?，经过原子煤质 Rste = WstN2 ， 发出光能: WstN2 h ? Rsta = WstN1 , 吸收光能：WstN1 h ? 单位体积中的净功率：（ N2 -N1）Wst h ? （2）F-P腔激光器的分类 按制作激光器的材料分类: 短波长(0.85 ?m)波段，采用GaAs/GaAlAs 长波长(1.3 ?m～1.55 ?m) ，采用InGaAsP/InP 按垂直于PN结方向的结构分类： 同质结 单异质结 双异质结 双异质结的作用:带隙差对载流子有限制作用; 折射率差对光子有限制作用 按平行于PN结方向的结构分类 宽面LD （没有导向） 条形LD：台面条形 平面条形 （SiO2条形，质子轰击条形， Zn扩散条形等）（增益导向） 隐埋条形 （折射率导向） 按激射光束与PN结平面的关系分类 按激射光束与PN结平面的平行或垂直关系，半导体激光器可分边发射(侧面出光)和面发射(正面出光)结构 (1) 边发射结构 ???? 这是一种沿着有源区的结平面方向提取光的结构，上面介绍的条形半导体激光器一般都采用这种结构提取光。 (2) 面发射结构 ???? 这是由表面发射光的结构，它的发射结构又分成水平腔和垂直腔结构。? VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)的优点 发光效率高，例850nm，10mA电流，1.5mW功率 发射圆形光束，耦合效率高 阈值电流极低，工作电流也不高 可通过短腔（5~10?m）实现单纵模工作 高温度稳定性，200Mb/s速率以下应用，可不需要APC 高工作速率（达3Gb/s以上) ，高张弛振荡频率 易集成，低价格，高产量 2、量子阱激光器 结构特点：有源区非常薄 量子阱(QW，Quantum Well) 半导体激光器是一种窄带隙有源层夹在宽带隙半导体材料中间或交替重叠生长，有源层厚度小至德布罗意波长量级的新型半导体激光二极管。 性能特点： 阈值电流低,输出功率高 谱线宽度窄，频率啁啾改善 调制速率高 Integrated Devices Tunable 2-Section DBR Laser Tunable 3-Section DBR Laser 三. 半导体激光器的主要特性 1. 阈值特性 2. 效率 3. 温度特性 4. 相对强度噪声 5. 频率啁啾 3、DFB激光器 原理：通过周期性的波纹结构提供的光耦合来建立 光振荡，即布喇格反射原理 布拉格反射条件： n(D + B) = m? nD(1 + sin?) = m ? 2 nD= m ? m=1,2,3,… 布拉格反射原理 DFB激光器的优点 单纵模振荡 线性度好 线宽窄：布拉格反射可比作多级调谐，使谐振波长的选择性大为提高。 稳定性好：因为光栅有助于锁定在给定的波长上，使其温度漂移很小。 动态谱特性好：高速调制下也保持单模振荡，虽然动态谱宽度要比静态谱宽展宽，但较F-P腔LD展宽小得多。 4. 发展趋势 :集成化 可调谐 窄化发射谱线 波长可调谐半导体激光器 波长可调谐激光器的主要性能指标有：调谐速度和波长调谐范围。 温度调谐激光器和电流调谐 外腔可调谐激光器 双极DFB激光器 双极和三极DBR激光器 ? 外