半導(dǎo)體激光器LDPPT課件

1、2021/3/91半導(dǎo)體激光器朱守奎 ，馬小品 2014年11月7日天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院School of Electronic Information Engineering2021/3/92一、簡(jiǎn)單介紹1. 激光：英文LASER是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (受激輻射放大光)的縮寫。2.半導(dǎo)體激光器（LD）：又名激光二極管（Laser Diode），是以半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器，是實(shí)際應(yīng)用中最重要的一類激光器。3.特點(diǎn)：超小型、高效率、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜；采用注入電流的方式泵浦；工作電壓電

2、流與集成電路兼容，可與之單片集成。4.應(yīng)用：在光纖通信、激光唱片、光存儲(chǔ)、全息照相、數(shù)碼顯示，激光打印，激光測(cè)距、醫(yī)療軍事等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在光信息處理、光計(jì)算等新領(lǐng)域也將發(fā)揮重要的作用。2021/3/931.受激吸收：在電流或光作用下，價(jià)帶中的電子獲得能量躍遷的導(dǎo)帶中，在價(jià)帶中留下一個(gè)空穴，稱為受激吸收。這就必須要有足夠強(qiáng)的電流注入，即有足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度越高，得到的增益就越大，即要求必須滿足一定的電流閾值條件。2.自發(fā)輻射與受激輻射：導(dǎo)帶的電子不穩(wěn)定，向價(jià)帶躍遷與空穴復(fù)合而放出光子光輻射。如果躍遷是自發(fā)的，則光子具有隨機(jī)的方向、相位及偏振態(tài)，稱為自發(fā)輻射；如果受到入射光子

3、的激勵(lì)，輻射的光子與入射光子有相同的方向、相位及偏振態(tài)，稱為受激輻射。二、半導(dǎo)體激光器的工作原理2021/3/94光作用下的躍遷和輻射E2 - E1 = hvE1E2(a) 受激躍遷hvE1E2(b) 自發(fā)輻射：非相干光hvE1E2(c) 受激輻射：相干光hvhvhv2021/3/953.激光的產(chǎn)生：當(dāng)在半導(dǎo)體中實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使得受激輻射大于受激吸收，使得光增益大于光損耗，就可產(chǎn)生激光。半導(dǎo)體中激光產(chǎn)生的條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：產(chǎn)生大量的受激輻射光學(xué)諧振腔：實(shí)現(xiàn)光放大 達(dá)到閾值電流密度：使得增益大于損耗 2021/3/962021/3/97三、三、半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器的一般構(gòu)成一般構(gòu)成 LD

4、的通用結(jié)構(gòu)構(gòu)成部分：1.有源區(qū) 有源區(qū)是實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布、有光增益的區(qū)域。2.光反饋裝置 在光學(xué)諧振腔內(nèi)提供必要的正反饋以促進(jìn)激光振蕩。3.頻率選擇元件 用來選擇由光反饋裝置決定的所有縱模中的一個(gè)模式。4.光波導(dǎo) 用于對(duì)所產(chǎn)生的光波在器件內(nèi)部進(jìn)行引導(dǎo)。2021/3/98LD的結(jié)構(gòu)：2021/3/99四、幾種典型的LD 1.同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器2021/3/910同質(zhì)結(jié)LD2021/3/9112.單異質(zhì)結(jié)LDp-GaAs層內(nèi)的電子濃度增大，輻射復(fù)合的幾率也增加，光波導(dǎo)效應(yīng)顯著，閾值電流較同質(zhì)結(jié)低。2021/3/9123.雙異質(zhì)結(jié)LD2021/3/913四.分布反饋式LD2021/3/914分布反饋式 (DFB) 激光器內(nèi)置布拉格光柵FBG： 只有符合反射條件的 光會(huì)得到強(qiáng)烈反射經(jīng) 歷放大過程輸出的波長(zhǎng)為：)2/1(22