半导体激光器原理应用.pptVIP

半导体激光器;主要内容;第一章 半导体的基础知识;能带理论：对导体，半导体，绝缘体本质上科学区分的理论;;;满带电子不导电理论;本征半导体和掺杂半导体;+4;掺杂半导体： 在本征半导体中，掺入一定量的杂质元素，就成为杂质半导体。 按掺入的杂质不同，杂质半导体分为N型和P型两种。若掺入五价元素的杂质(磷、锑或砷等)，则可使晶体中的自由电子浓度大大增加，故将这种杂质半导体称为N型半导体，五价元素称为施主杂质，起施主作用。 若掺入三价元素的杂质(硼、嫁、铜或铝等)，则可使晶体中的空穴浓度大大增加，故将这种半导体称为P型型半导体，三价元素称为受主杂质，起受主作用。 实际半导体几乎是掺杂半导体，其载流子密度靠掺杂浓度的精确调控来控制 ;+4;+4;半导体pn结原理;导体中只有自由电子一种载流子，它在电场作用下产生定向的漂移运动，形成漂移电流。而半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们除了在浓度差的作用下产生定向的扩散运动，形成相应的扩散电流，还会在电场作用下形成漂移电流。;P型半导体;扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。;;PN结正向偏置;PN结反向偏置;;N型和P型硅本身就是一种导体，但是当它们以如图方式组合在一起的时候却不会传导任何电流。N型硅中的负电子会被吸引到电池的正极，P型硅中带正电的孔则会被吸引到电池的负极，不会有任何电流流过结合部，如果将电池翻转过来，二极管就可以很好地传导电流了。N型硅中的自由电子受电池负极的排斥，P型硅中的孔则受正极的排斥。孔和电子在N型硅和P型硅的结合部相遇，电子会填充在孔中，这些孔和自由电子便会消失，并且会有新的孔和新的自由电子出来接替它们的位置，这就会在结合部形成电流 二极管的基本工作原理就在于利用PN结的单向导电性这一主要特征 ;半导体激光器;自发光辐射和受激光辐射; 分布反转 在热平衡下，低能级E1上的电子密度远高于高能级E2上的电子密度，因而频率为V12的光子通常在能级E1和E2之间引起光的吸收，然后，被激发到E2的电子又自发跃迁回E1，发射出最多不超过入射光子数的频率为V12的光子。但若E2上的电子密度大于E1的电子密度，则受激辐射光子数就会超过被吸收的光子数，这些光子数特性一样，因此对光子数具有放大作用。通常把高能级比低能级电子密度高的反常情况称为分布反转。分布反转是产生激光的必要条件。为了让半导体发射激光，必须在半导体中形成导带底比价带顶电子密度高的分布反转状态。; 要在半导体中实现分布反转，必须使其导带保持高密度的电子，价带保持高密度的空穴，这种反常分布需要由外界输入能量来维持，与水泵提升水到平面一样，靠外力将电子不断激发并维持在高能级上的过程被称为“泵浦”。半导体激光器一般采用pn结正向注入的方式“泵浦”电子，因此我们主要讲一下pn结激光器原理 结型激光器结构示意图;为了能够有效地通过注入式“泵浦”实现分布反转，其p区和n区都必须重参杂。然后，通过外加较高的正向偏置，形成分布反转区，半导体pn结激光器的分布反转区一般很薄，厚度只有1微米，却是激光器的核心部分，称为有缘区;分布反转只是半导体激光器产生受激发射的必要条件，要能稳定发射激光，还需要满足其他条件。首先，半导体pn结激光器需要通过自身的自发辐射产生激励光。在pn结处于正向偏执状态的初期，其有源区中大量注入额外载流子开始时完全是自发地复合，引起自发辐射，发射一定能量的光子，但这些光子的相位和传播方向各不相同。大部分光子会穿出有缘区，但也有小部分平行于pn结结平面方向传播，作为激励光源引起其他电子-空穴对复合的受激辐射，产生更多能量、方向相同的电子，这样的受激辐射随着注入电流的增大而逐渐发展，形成高强度的光，但还不是相干光。必须需要共振腔作用 ;法布里-珀罗共振腔;受激辐射在共振腔内来回反射时，也会因吸收、散射及反射面透射等损耗，不过，注入电流则会使有源区内的受激辐射不断增强，即使之获得增益。而损耗和增益的消长决定着最终能否有激光的发射。 我们把增益等于损耗时的注入电流密度称为阀值电流密度。;综上所述，半导体激光器要能正常工作必须具备以下3个基本条件： 1、通过高浓度参杂pn结的正向注入形成载流子分布发转，使受激辐射占优势 2、具有共振腔，以实现光量子放大 3、正向电流密度达到或者超过阀值，即增益至少等于损耗; 半导体激光器发展历史 初期：半导体激光器是同质结型激光器，它是在一种材料上制作的pn结二极管在正向大电流注入下，电子不断地向p区注入，空穴???断地向n区注入.于是，在原来的pn结耗尽区内实现了载流子分布的反转，由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快，在有源区发生辐射、