半导体光电子学第二章第四章..ppt

作业: 教材138页第2,3题 另：1、条形激光器按它们在侧向的波导机构可以分为那两类？有什么区别？ 4.5 条形激光器中的增益波导 条形LD的侧向光波导性质，可以分成折射率波导与增益波导，增益波导LD没有内部的侧向材料折射率差来导引光波，唯一的侧向变化是由注入电流的侧向扩展和载流子的侧向扩散所决定的载流子浓度在有源层内分布。即在电极接触条下方的有源层中心区域有最高的载流子浓度，而向两侧逐渐减少，因而受激辐射复合速率和增益也有类似的变化，把这一物理事实称为“增益波导”。增益波导在LD和LED中对光场的限制是被动的，光场在纵向传播过程中会发生侧向扩展，因此增益波导相对于折射率波导是一种弱波导，有源层内产生的功率将在光场的振荡过程中产生较大的泄漏损耗。 与载流子分布有关的波导效应还有，反波导和自聚焦效应，由于自由载流子与光场（频率为ω）的互作用所产生的等离子体效应，以及载流子在能带之间跃迁与注入载流子的互作用使折射率减少，这使得有源层的折射率相对于增益在侧向产生一个反分布（反波导）其结果是对光束产生散焦，增加光场的泄漏损耗，称反波导效应，自聚焦效应，即在强的受激发射下，可能在有源层的中心区由于载流子的大量消耗而出现载流子分布的空间“烧洞”（凹陷），使得中心部分的折射率高于其两侧区域的折射率，结果是光场能量向中心会聚。由于增益波导中有上述一些复杂的过程，分析比折射率复杂得多 增益波导分析 光强分布的半功率点或高斯光束的有效宽度 增益波导LD中的象散、K因子 输出光束是象散的，这就是说，如果用球透镜对解理腔面成像，则虚腰的象面处在与腔面的象平面不同的地方，这种象散使激光输出的远场分布出现“兔耳状”，模式增多，光谱线宽加宽和对输出光束的聚焦光学系统的设计带来困难等。 像散因子，K因子： 综合考虑载流子波导中几种效应的影响，我们引入反波导因子b 作业: 教材138页第4、5题 另：1、什么反波导效应和自聚焦效应，分别说明他们对光场有什么影响？ 2、什么是虚腰？写出像散因子的表达式，并说明其物理意义。什么是反波导因子。 4.6 垂直腔表面发射激光器（VCSEL） 一、VCSEL同FP腔激光器相比，有哪些不同? 1、VCSEL：激光从表面输出 2、VCSEL:谐振腔由DBR构成 二、从解理端面输出的半导体激光器，有哪些不足？ 1、解理面的反射率 2、非圆光斑 3、动态单纵模 4、集成 5、解理面损伤 三、VCSEL如何克服上述不足 四、VCSEL本身存在哪些不足，如何克服 VCSEL基本结构 1、基本构成 2、谐振腔的特殊 3、空间层的作用 4、空间层对激光透明 1、驻波条件，阈值振幅条件 2、相位条件 布拉格反射器（DBR）Distributed Bragg Reflection 1、DBR的构成 2、原理：耦合波理论 作业: 教材138页第8题 另：1、简单的VCSEL由哪些功能层构成？ 其谐振腔同FP腔有何不同？空间层有什么特殊要求？ 2、VCSEL的DBR的结构是怎样的？ 4.7 分布反馈（DFB： distributed feed back ）LD 一、DFB-LD的特点、原理 1.前面讲的LD原理和结构时，都是与具有集中和恒定的光场反射系数r（或者功率反射系数R）的谐振腔面相联系的光子在有源区两端的腔面之间振荡和放大，与集中反馈不同，要讲的是分布反馈方式，来使光子振荡和产生增益。 二、DFB-LD的结构 波纹光栅 在长距离、大容量光纤通信中，需要光谱线宽很窄，在动态（或高速调制）下仍能单纵模工作的LD为光源，有效的单纵模窄线宽的方法是对有源区中传播的振荡模式进行选择反馈，常用的色散元件是光栅，所谓的分布反馈光栅是在制造LD的过程中直接在LD波导层上形成，如果LD的内光栅是在有源层内的波导层上，则常称之为分布反馈LD，而如果LD这种内光栅是在有源层两端外的波导层上形成，称为分布布拉格反射LD，所有这些光栅对光场的反射都需要满足布拉格条件 三、DFB-LD的性能 四、折射率耦合DFB和增益耦合DFB 分析方法：耦合波方程 耦合系数：表示相向传播的两个波之间耦合强弱的物理量。 1、振荡谱特点 2、阈值增益特点 1.在均匀分布的周期折射率光栅区引进一个 相移 2.不对称的腔面反射镜； 3.一个距腔面处作成透明区； 4. 光栅周期适当啁啾。 如何在DFB激光器中实现单模震荡？ 增益耦合DFB 作业: 教材138页第9、11题 另：1、目前，实现DFB激光器的单模激射有哪些具体的手段？这些手段有什么共同特点？ 2、名词解释：折射率耦合DFB、增益耦合DFB。 一、条形半导体激光器的优点 ①由于有源区侧向尺寸减小，光场对称性