第三章 -半导体激光二极管和激光器组件-2课件.pptVIP

* 3．有一分布反馈式激光器，它的布喇格波长为1570nm，二价光栅周期Λ=460nm，谐振腔长度为300μm。假设有一完全对称的DFB激光器，求出其零阶、一阶和二阶受激辐射波长。 * 提示： 布喇格波长λB与光栅周期 Λ之间满足关系： 等式中ne是模式的有效折射率，k是光栅的阶数。在理想的DFB激光器中，纵模波长对称地分布在 λB两侧，其波长由下式给出： * 4： 对于具有强载流子限制作用的LD结构，受激发射的阈值电流密度Jth与阈值增益gth之间有一个很好的近似关系： 结构决定的增益系数。现有一个GaAs-LD，其光腔长L＝250μm、宽W＝100 μm，在 * （a）GaAs的折射率n=3.6，计算阈值电流密度Jth与阈值电流Ith； 损耗系数： 正常工作温度下： * 如光腔的宽度降为10μm，则此时的阈值电流Ith为多少？ (c) 计算光腔内的光子寿命τph； * * * * * * 图3-22 面发射激光器的三种构形 * 3．5．2 VCSEL的构形 VCSEL是英文Vertical Cavity Surface Emitting Laser首字母的缩写，形象地说，VCSEL是一种电流和发射光束方向都与芯片表面垂直的激光器，它的出现就像当年LED出现一样受到重视。 * 图3-23 是VCSEL结构的原理图，和常规激光器一样，它的有源区位于两个限制层之图是间，并构成双异质结（DH）构形。为了能使注入电流限制在有源区内，利用隐埋制作技术使注入电流完全被限制在直径为D 的圆形有源区中。 * 与常规激光截然不同的地方是腔长的概念，的腔长是隐埋DH 结构的纵向长度， 一般为5－10微米，而它的谐振腔的两个反射镜不再是晶体的解理面，它的一个反射镜设置在P边（键合边），另一个反射镜设置在N 边（衬底边或光输出边）上。反射镜1 的直径大于模式斑点尺寸，反射镜2的直径与有源区直径D相等。 * 为了增加反射镜2 的反射率，引入与反射镜2隔离的环形电极。 由于VCSEL的结构特点，因而它的结构设计参数不同于常规激光二极管，它的主要结构设计参数包括腔长（L）、有源区厚度（d）、有源区直径（D）和前、后反射镜的反射率等。 * * (1) VCSEL是一种发光效率很高的器件。以850nm 波长的为例，在10mA驱动时可以获得高达1.5mW输出光功率。如适当地使用VCSEL可更加容易地设计接收电路，因为更多的光功率可从的输出端得到，这样使接收电路的灵敏度设计可以不像以前那样严格且不牺牲任何光预算，即使在高速光传输中有非常头痛的噪声干扰，仍可保证所需的信噪比。 * （2）工作阈值极低，可以从1mA以内接近1微安。由于VCSEL的阈值极低，故它的工作电流也不高，一般为5～15mA，这样低的工作电流可以由PECL或ECL逻辑电路直接驱动，从而简化驱动电路的设计。 （3）动态单一波长工作。 * （4）不仅可以单纵模方式工作，也可以多纵模方式工作，从而减少了多模光纤应用时的相干和模式噪声，这一特点十分重要，因为VCSEL主要应用于以多模光纤（62.5微米芯径）为传输媒介的局域网（LAN）中。 （5）高的温度稳定性。 （6）高的驰豫振荡频率。 （7） 高的工作速率 （8）长的寿命。 * （9）可任意配置高密度二维激光阵列。 （10）与大规模集成电路有好的匹配性。 （11）对所有不同芯径的光纤（从单模光纤到1mm左右的大口径光纤）都有好的模式匹配。 （12）价格低、产量高。 VCSEL采用与普通DH LED 几乎完全一样的生产工艺，每年可以数百万计地生产。 3．6 激光器组件 激光器组件是指在一个紧密结构中（如管壳内），除激光二极管（LD ）芯片外，还配置其他元件和实现LD 工作必要的少量电路块的集成器件，其他元件和电路应包括： 1 光隔离器：光隔离器的作用是防止LD 输出的 激光反射，实现光的单向传输，它位于LD 输出边。 2 监视光电二极管：监视光电二极管的作用是监视LD的输出功率变化，它位于LD背出光面。 3 尾纤和连接器。 4 LD的驱动电路（包括电源和LD芯片之间的阻抗匹配电路）。 5 热敏电阻：其作用是测量组件内的温度。 6 热电致冷器（TEC）：热电致冷器是一种半导体热电元件，通过改变热电元件的极性达到加热和冷却目的。 7 自动温控电路（ATC）：ATC和热敏电阻相接，其作用是保持LD组件内恒定的温度（如25度）以保证激光参数的稳定性。当组件内因LD过热而升温或因环境温度变化时，位于组件管壳内的热敏电阻随温度变化而改变其电阻值，通过电阻值变化控制具有双向输出的温控装置（ATC）的电流大小和极性，并通过TEC能迅速地达到并维持LD的恒定工作温度。例如，当组件管壳温度大于