半導(dǎo)體激光器的設(shè)計

半導(dǎo)體激光器設(shè)計半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光的機(jī)理,即必須建立特定激光能態(tài)間的粒半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光的機(jī)理,即必須建立特定激光能態(tài)間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并有光學(xué)諧振腔。由于半導(dǎo)體材料物質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異性和另一方面所產(chǎn)生的激光光束也有獨(dú)特的優(yōu)勢,使其在社會各方面廣泛明顯,光譜范圍寬,相干性增強(qiáng),使半導(dǎo)體激光器開啟了激光應(yīng)用發(fā)展的新紀(jì)元。半導(dǎo)體激光器的工作原理激光產(chǎn)生原理半導(dǎo)體激光器是一種相干輻射光源,要使它能產(chǎn)生激光,必須具半導(dǎo)體激光器是一種相干輻射光源,要使它能產(chǎn)生激光,必須具備三個基本條件:(1)增益條件:建立起激射媒質(zhì)(有源區(qū))內(nèi)載流子的反轉(zhuǎn)分布,在半導(dǎo)體中代表電子能量的是由一系列接近于連續(xù)的能級所組成的能帶數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時,便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。(2)要實際獲得相干受激輻射,必須使受激輻射在光學(xué)諧振腔內(nèi)得到多次反饋而形成激光振蕩,激光器的諧振腔是由半導(dǎo)體晶體的自然解理面作為反射鏡形成的,通常在不出光的那一端鍍上高反多層介然解理面作為反射鏡形成的,通常在不出光的那一端鍍上高反多層介質(zhì)膜,而出光面鍍上減反膜.對F—p腔(法布里一珀羅腔)半導(dǎo)體激光器可以很方便地利用晶體的與P—n結(jié)平面相垂直的自然解理面一[110]面構(gòu)成F—P腔。(3)為了形成穩(wěn)定振蕩,激光媒質(zhì)必須能提供足夠大的增益,以彌補(bǔ)諧振腔引起的光損耗及從腔面的激光輸出等引起的損耗,不斷增加電子和空穴的偶極子躍遷是基本的光發(fā)射和光放大過程。1.2雙異質(zhì)結(jié)基本結(jié)構(gòu)將有源層夾在同時具有寬帶隙和低折射率的兩種半導(dǎo)體材料之間，以便在垂直于結(jié)平面的方向（橫向）上有效地限制載流子和光1970GaAlAs／GaAs0.89的在室溫下能連續(xù)工作。圖表示出雙異質(zhì)結(jié)激光器的結(jié)構(gòu)示意圖和相應(yīng)的能帶圖在正向偏壓下電子和空穴分別從寬帶隙的N區(qū)和P的擴(kuò)散又分別受到P－pN－p半導(dǎo)體激光器的工作特性閾值電流當(dāng)注入p-n晶體的摻雜濃度越大，閾值越小。諧振腔的損耗小，如增大反射率，閾值就低。30000A/cm2；單異質(zhì)結(jié)約為8000A/cm21600A/cm2。現(xiàn)在已用雙異質(zhì)結(jié)制成在室溫下能連續(xù)輸出幾十毫瓦的半導(dǎo)體激光器。100KT因此，半導(dǎo)體激光器最好在低溫和室溫下工作。方向性20°-30°；10°左右。量子效率η＝每秒發(fā)射的光子數(shù)／每秒到達(dá)結(jié)區(qū)的電子空穴對數(shù)77K時，GaAs70％－80％；300K30％左右。功率效率η1＝輻射的光功率／加在激光器上的電功率。由于各種損耗，目前的雙異質(zhì)結(jié)器件，室溫時的η110％，30％－40％。光譜特性由于半導(dǎo)體材料的特殊電子結(jié)構(gòu)，受激復(fù)合輻射發(fā)生在能帶（帶與價帶）840nm；300K902nmI Ith

T0

溫度特性Ith—溫度為TI0—一個常數(shù)T—結(jié)區(qū)的絕對溫度T0—LD的特征溫度，與器件的材料、結(jié)構(gòu)等有關(guān)。對于GaAs/GaALAs-LDT0=100~150K；InGaAsP/InP-LDT0=40~70K半導(dǎo)體激光器的調(diào)制特性半導(dǎo)體激光器的注入電流半導(dǎo)體激光器是指以半導(dǎo)體材料為工作物質(zhì)的一類激光器,亦稱半導(dǎo)體激光二級管。利用半導(dǎo)體激光器作干涉測量的光源,就是利用其在低頻調(diào)制時注入電流與輸出光頻的線性關(guān)系。但不同的半導(dǎo)體激光器的這個線性關(guān)系又略有不同,因此,利用半導(dǎo)體激光器作為干涉測量系統(tǒng)的光源,就必須清楚地了解所用半導(dǎo)體激光器的注入電流的調(diào)制特性。當(dāng)半導(dǎo)體激光器的注入電流發(fā)生改變時,其輸出特性隨之變化:(1)當(dāng)注入電流大于半導(dǎo)體激光器的閾值后,輸出光為激光。且隨著電流值的增加,會有模跳變現(xiàn)象發(fā)生。任意兩個相鄰跳模間的線性區(qū)域不同,調(diào)制系數(shù)不同;(2)根據(jù)注入調(diào)制電流頻率的大小,可將半導(dǎo)體激光器的輸出光頻特性分為線性區(qū)和非線性區(qū)。干涉測量系統(tǒng)的測量精度在一定程度上取決于注入電流與輸出光頻的線性關(guān)系及線性區(qū)的大小。理想的線性關(guān)系,較大的線性區(qū)是所期望的。但半導(dǎo)體激光器的線性區(qū)大多都比較小,在閥值以上有多個跳模存在。因此,恰當(dāng)?shù)剡x擇線性段,避免跳模的影響是關(guān)鍵;(注入電流增加,輸出光功率增大,譜線寬度變窄,相干長度上升[1]。注入電流的增加是有一定限制的,最高工作電流不應(yīng)超過閥值電流的四倍否則器件會迅速老化。2 實驗為了研究半體激光器輸出光頻與注入電流的關(guān)系,人們作了許多工作。使用的儀器大多為光柵單色儀和法卜理———帕羅干涉儀[2]半導(dǎo)體激光器實用組件激光器組件是指在一個緊密結(jié)構(gòu)中（如管殼中），除激光二極管（LD）芯片外，還配置其他元件和和實現(xiàn)LD工作必要的少量電路塊的集成器件。主要包括：光隔離器：其作用是防止LD輸。位于LD監(jiān)視光電二極管（PD）：其作用是監(jiān)視LD常用于自動功率控制。位于LD尾纖和連接器；LD（包括電源和LD）；熱敏電阻：其作用是測量組件內(nèi)的溫度；熱電制冷器（TEC）：電流的極性達(dá)到加熱和冷卻目的；其他準(zhǔn)直激光器輸出場的透鏡、光纖耦合器及固定光纖的支架等。設(shè)計心得經(jīng)過這次設(shè)計，我懂得了不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困經(jīng)過這次設(shè)計，我懂得了不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值!有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。在此要感謝我的指導(dǎo)老師武錦輝老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，