光纤通信技术与设备PPT_3.3半导体激光器.pptx

第二节半导体激光器光纤通信技术与设备

概述目录12激光器3半导体激光器LD

概述1

概述光源是光发送机里的关键核心器件，其功能是把电信号转换为光信号。主要分为半导体光源和非半导体光源。1）半导体光源：半导体发光二极管（LED）和半导体激光二极管（LD）。2）非半导体光源：固体激光器(掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器)和气体激光器等

概述能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、红外线等不可见光)的物体称为光源。光分可见光和不可见光两种。波长在0.39-0.76um的是可见光，波长在6nm-0.39um的是紫外光，波长在0.76-300um的是红外光。发光二极管用LED：荧光激光二极管用LD：激光激光器具有发射方向集中、亮度高、相干性优越和单色性好等。是一种新型光源。LED通常和多模光纤耦合，用于1.31μm或0.85μm波长的小容量、短距离的光通信系统。LD通常和单模光纤耦合，用1.31μm或1.55μm大容量、长距离光通信系统。

概述用半导体材料作为工作物质的激光器，称为半导体激光器（LD），对LD的要求如下。①光源的发光波长应符合目前光纤的三个低损耗窗口（即0.85μm、1.31μm和1.55μm）。②能够在室温下长时间连续工作，并能提供足够的光输出功率。目前LD的尾纤输出功率可达500μW～2mW；LED的尾纤输出功率可达10μW左右。③与光纤耦合效率高。④光源的谱线宽度要窄。较好的LD的谱线宽度可达到0.1nm。⑤寿命长，工作稳定。

激光器2

激光器半导体激光器（LD）是用半导体材料作为工作物质的激光器，称为半导体激光器，也称为半导体激光自激振荡器。半导体激光器要实现激光发射工作，必需满足以下三个条件：必须有产生激光的工作物质（也叫激活物质）；必须有能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源（也叫泵浦源）；必须有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。

激光器（1）产生激光的工作物质即处于粒子数反转分布状态的工作物质，称为激活物质或增益物质，它是产生激光的必要条件。（2）泵浦源使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源，称为泵浦源。物质在泵浦源的作用下，使得N2＞N1，从而受激辐射大于受激吸收，有光的放大作用。这时的工作物质已被激活，成为激活物质或增益物质。（3）光学谐振腔激活物质只能使光放大，只有把激活物质置于光学谐振腔中，以提供必要的反馈及对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光振荡输出。

激光器半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的，当受激辐射产生的光强大于谐振腔的损耗时，激光就可以向外输出。即激光的输出要满足谐振腔的阈值条件。实现受激辐射和粒子数反转分布。

半导体激光器LD3

半导体激光器LD图2DH激光器工作原理双异质结构；(b)能带；(c)折射率分布；(d)光功率分布

半导体激光器LD1)加正向偏压当在二极管上加正向偏压时，电子从N型层通过PN结向P-GaAs层注入，空穴从P型层向P-GaAs层注入，电子和空穴在P-GaAs层中复合发光。2)双异质结对电子和光子的限制作用双异质结把电子和光子限制在有源区内，其作用表现在两方面。一方面，P-GaAs的禁带宽度比GaAlAs大，电子难于越过两边的边界，被限制在P-GaAs层内，使有源区的电子浓度增加；另一方面，P-GaAs折射率比GaAlAs大，将光子限制在有源区。

半导体激光器LD3)光放大和振荡①有源区内电子数实现反转。②电子能级跃迁与空穴结合自发辐射发光，光被限制在有源区。③方向向着谐振腔镜面的光由于受激辐射被放大。④当受激辐射大于谐振腔阈值时，激光向外输出。

半导体激光器LD1）阈值特性（P-I特性）对于LD，当外加正向电流达到某一数值时，输出光功率急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流，用Ith表示。典型半导体激光器的输出特性曲线如图3所示。为了稳定可靠的工作，阈值电流越小越好。图3典型半导体激光器的输出特性曲线

半导体激光器LD2）激光器的光谱特性主要由其纵模决定。多纵模、单纵模激光器的典型光谱曲线如图4（a）和图4（b）所示。图4激光器的光谱特性

半导体激光器LD3）温度特性激光器的阈值电流和输出光功率随温度变化的特性为温度特性。从激光器阈值电流随温度变化的曲线如图5所示，阈值电流随温度的升高而加大。图5激光器的温度特性

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