半導(dǎo)體激光器的原理應(yīng)用

半導(dǎo)體激光器S120600661任躍功主要內(nèi)容第一章半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識第二章半導(dǎo)體激光器的原理第三章半導(dǎo)體激光器的發(fā)展、運(yùn)用第一章半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識定義：在絕對零度時無任何導(dǎo)電能力，但其導(dǎo)電性隨溫度升高呈現(xiàn)總體上升趨勢，且對光照等外部條件和材料的純度與結(jié)構(gòu)完整性（是否有缺陷）等內(nèi)部條件十分敏感的物質(zhì)。（1）當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。（2）往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。（3）缺陷在半導(dǎo)體中往往會改變晶體的共價鍵環(huán)境，改變其導(dǎo)電能力能帶理論：對導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體本質(zhì)上科學(xué)區(qū)分的理論晶體中的電子作共有化運(yùn)動，所以電子不再屬于某一個原子，而是屬于整個晶體共有晶體中原子間相互作用，導(dǎo)致能級分裂，由于原子數(shù)目巨大，所以分裂的能級非常密集，認(rèn)為是準(zhǔn)連續(xù)的，即形成能帶電子總是先填充低能級，0K時，價帶中填滿了電子，而導(dǎo)帶中沒有電子在絕對零度時，半導(dǎo)體中的能帶以一條特征能隙分界，其下的能帶全部被電子占滿，其上的能帶全部空著，這條能隙就是禁帶，緊鄰其下的滿電子因其中的電子全是價電子，稱為價帶，緊鄰其上的空帶因為在在非零溫度下出現(xiàn)少量與金屬中的自由電子相似的、可參與導(dǎo)電的電子，稱為導(dǎo)帶。這些電子有可能全部或者部分產(chǎn)生于價電子的熱激發(fā)，但在實際器件的應(yīng)用中，它們主要來自于外來雜質(zhì)滿帶電子不導(dǎo)電理論導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體能帶理論討論中，認(rèn)為只有未被電子填滿的能帶中的電子才能參與導(dǎo)電，盡管絕對零度時的半導(dǎo)體和絕緣體中都存在為數(shù)眾多的電子，但因其皆處于滿帶之中，因此對材料的電導(dǎo)率還沒有貢獻(xiàn)。金屬良導(dǎo)體在T=oK時，其全部價電子只能填滿能帶的下半部，上半部空著，上下之間沒有能量間隙，電子容易躍遷，易導(dǎo)電。而半導(dǎo)體和絕緣體相似，空帶距離能帶之間有一定禁帶，需要外界作用才能導(dǎo)電，因此不易導(dǎo)電。本征半導(dǎo)體和摻雜半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體：在熱力學(xué)溫度T=0K和沒有外界影響的條件下，半導(dǎo)體的價電子均束縛在共價鍵中，不存在自由運(yùn)動的電子。但當(dāng)溫度升高或受到光線照射時，某些共價鍵中的價電子從外界獲得足夠的能量，從而掙脫共價鍵的束縛，離開原子而成為自由電子，同時，在共價鍵中留下了相同數(shù)量的空位，這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。其中自由電子和空位稱為載流子，半導(dǎo)體是依靠自由電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的物質(zhì)，把主要依靠本征激發(fā)獲得載流子的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

導(dǎo)帶電子和價帶空穴相等是本征半導(dǎo)體的主要特點+4+4+4+4本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理自由電子空穴束縛電子摻雜半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中，摻入一定量的雜質(zhì)元素，就成為雜質(zhì)半導(dǎo)體。按摻入的雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型和P型兩種。若摻入五價元素的雜質(zhì)(磷、銻或砷等)，則可使晶體中的自由電子濃度大大增加，故將這種雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體，五價元素稱為施主雜質(zhì)，起施主作用。若摻入三價元素的雜質(zhì)(硼、嫁、銅或鋁等)，則可使晶體中的空穴濃度大大增加，故將這種半導(dǎo)體稱為P型型半導(dǎo)體，三價元素稱為受主雜質(zhì)，起受主作用。實際半導(dǎo)體幾乎是摻雜半導(dǎo)體，其載流子密度靠摻雜濃度的精確調(diào)控來控制+4+4+5+4N型半導(dǎo)體多余電子磷原子+4+4+3+4空穴P型半導(dǎo)體硼原子半導(dǎo)體pn結(jié)原理獨處的n型和p型半導(dǎo)體依靠電離雜質(zhì)和少數(shù)載流子與多數(shù)載流子保持電中性，但當(dāng)這兩塊半導(dǎo)體緊密結(jié)合成pn結(jié)時，二者之間載流子密度的懸殊差異引起空穴從P區(qū)向n區(qū)、電子從n區(qū)向p區(qū)的擴(kuò)散。對p區(qū)，空穴離開后留下了不可動的帶負(fù)電的電離受主，這些電離受主沒有正電荷與之保持電中性，從而在pn結(jié)附近的p型側(cè)形成一個負(fù)的空間電荷。同樣，電子的擴(kuò)散在pn結(jié)附近的n型側(cè)形成一個正空間電荷區(qū)導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子，它在電場作用下產(chǎn)生定向的漂移運(yùn)動，形成漂移電流。而半導(dǎo)體中有自由電子和空穴兩種載流子，它們除了在濃度差的作用下產(chǎn)生定向的擴(kuò)散運(yùn)動，形成相應(yīng)的擴(kuò)散電流，還會在電場作用下形成漂移電流。P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場E漂移運(yùn)動空間電荷區(qū)PN結(jié)處載流子的運(yùn)動擴(kuò)散懸的結(jié)注果是她使空泛間電株荷區(qū)輸逐漸浴加寬輸，空居間電守荷區(qū)奸越寬慈。漂移運(yùn)動P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動內(nèi)電釘場越餓強(qiáng)，建就使手漂移聞運(yùn)動拖越強(qiáng)吊，而股漂移啟使空箭間電和荷區(qū)因變薄娘。擴(kuò)散鐮和漂柿移這邁一對糾相反湯的運(yùn)爽動最汪終達(dá)表到平半衡貞，相盾當(dāng)于芒兩個幸區(qū)之東間沒各有電迫荷運(yùn)盼動，旨空間冠電荷子區(qū)的您厚度弊固定仔不變各。這個芒電荷械區(qū)在左激光物器中膝稱為邪有緣叫區(qū)PN結(jié)正博向偏蛾置－－－－++++內(nèi)電場外電場變厚PN+_內(nèi)電仰場被臣削弱都，多子案的擴(kuò)沙散加耽強(qiáng)能夠研形成樹較大非的擴(kuò)散掛電流PN結(jié)反堅向偏膨置－－－－++++內(nèi)電場外電場變薄NP+_內(nèi)電遣場被討加強(qiáng)順，多沿子的宅擴(kuò)散盈受抑勞制。逢少子警漂移蓬加強(qiáng)肝，但環(huán)少子杏數(shù)量顧有限嶄，只竄能形叢成較置小的取反向稼電流穩(wěn)壓二極管N型財和P苦型硅眨本身北就是瞇一種承導(dǎo)體科，但職是當(dāng)跳它們增以如乳圖方咽式組植合在命一起沖的時版候卻漁不會索傳導(dǎo)紹任何介電流價。N妹型硅匙中的理負(fù)電失子會想被吸余引到傾電池圣的正個極，仆P型民硅中崖帶正套電的蠢孔則缸會被子吸引挪到電井池的佩負(fù)極認(rèn)，不獻(xiàn)會有恰任何撓電流傲流過續(xù)結(jié)合表部，躁如果夏將電貌池翻樓轉(zhuǎn)過普來，住二極者管就菊可以猴很好艙地傳輩導(dǎo)電繁流了富。N伏型硅歇中的損自由碰電子嫁受電條池負(fù)超極的許排斥爸，P控型硅暢中的即孔則蠶受正巴極的穗排斥即?？资蠛碗姺鹱釉诔﨨型拌硅和墾P型肝硅的區(qū)結(jié)合汗部相嚇遇，壇電子絮會填忽充在滿孔中負(fù)，這想些孔報和自欄由電衣子便扮會消充失，沉并且誼會有濁新的語孔和翻新的場自由透電子粱出來損接替蠶它們近的位纖置，莖這就店會在熔結(jié)合巖部形魄成電案流二極炭管的詳基本樓工作螺原理豎就在箏于利搞用P隸N結(jié)竊的單傲向?qū)蛛娦灾檫@一企主要萄特征半導(dǎo)沃體激辯光器定義：半導(dǎo)強(qiáng)體激雕光器召是以撲一定遺的半大導(dǎo)體社材料驕做為工作糾物質(zhì)崗而產(chǎn)筑生受衛(wèi)激發(fā)貸射作客用的這器件撿。.抱其工學(xué)作原貌理是允通過軍一定隊的激凡勵方體式，紐奉在半另導(dǎo)體偽物質(zhì)北的能添帶（迫導(dǎo)帶廢與價霸帶）桐之間夕，或克者半嶄導(dǎo)體柴物質(zhì)刪的能辯帶與宣雜質(zhì)械（受海主或毀施主爪）能淘級之去間，脫實現(xiàn)各非平貨衡載姑流子秧的?；訑?shù)客反轉(zhuǎn)拖，當(dāng)扮處于盤粒子農(nóng)數(shù)反忍轉(zhuǎn)狀住態(tài)的誓大量注電子識與空炕穴復(fù)著合時塌，便策產(chǎn)生紹受激貼發(fā)射責(zé)作用，產(chǎn)邊生激厭光。半震導(dǎo)體識激光段器的警激勵狡方式銅主要喉有三血種，雜即電鉛注入捐式，耐光泵孩式和丹高能隆電子隱束激聞勵式。自發(fā)登光輻序射和索受激甘光輻陜射自發(fā)龜光輻陪射（1外）電豬子不浩受任恰何外擺界的駕作用滾而自截發(fā)地樹從高廈能態(tài)吉E2向低濁能態(tài)溉E1躍遷用并發(fā)扮射一售個能做量為做（E2-E1）的池光子執(zhí)，這堡些光率子位明相和染傳播魂方向旺各不鈴相同騰。（糧2）仔當(dāng)給角器件炎加正醋向偏傭壓時支，n犁區(qū)向白p區(qū)握注入程電子鍵，p卡區(qū)向范n區(qū)芳注入謊空穴引，在結(jié)合區(qū)電巧子和萍空穴陶自發(fā)頓地復(fù)夢合形嚇成電界子-鴿空穴被對，撤將多君余的垃能量咐以光制子的坡形式棕釋放職出來改，所莖發(fā)射船的光殖子相卡位和沖方向企各不曉相同河，這騎種輻詞射叫廚做自按發(fā)輻朗射。受激搶光輻步射（婚半導(dǎo)渣體激未光器糠）電子晉在光浴輻射賞的激你勵下胃從激煮發(fā)態(tài)論向基累態(tài)躍硬遷的樓輻射賞過程取。發(fā)浮射光獸子的鎮(zhèn)頻率團(tuán)、位野相、梢方向精等全略部特睜性與急入射露光子肅完全沉相同帆。如然果激局勵光爪子原盟本就掠是由噴能級宜E2到E1的電噸子躍歌遷過始程產(chǎn)除生的澤，則疏一個棵受激憐輻射帝過程繡同時柿發(fā)射岸兩個撒同頻妖率、鏡同位趟相、柴同方勞向的功電子分布鞋反轉(zhuǎn)在熱壓平衡廳下，低能醋級E摸1上拴的電剛子密岸度遠(yuǎn)撥高于騎高能愛級E判2上佳的電速子密紹度，雄因而嫂頻率編為V12的光纖子通搶常在排能級園E1艘和E退2之事間引莊起光數(shù)的吸敘收，究然后屢，被礙激發(fā)刻到E丈2的僅電子恨又自關(guān)發(fā)躍略遷回咬E1窩，發(fā)繞射出狼最多房誠不超寇過入賀射光越子數(shù)兇的頻電率為布V12的光策子。省但若像E2答上的熊電子派密度我大于師E1寒的電澡子密狗度，泉則受激莊輻射粗光子數(shù)就會超過被柏吸收盼的光子數(shù)，這些本光子碰數(shù)特道性一利樣，顯因此種對光閥子數(shù)揀具有其放大益作用。通初常把裳高能很級比擺低能丹級電吐子密陰度高挺的反現(xiàn)常情御況稱達(dá)為分齡布反拼轉(zhuǎn)。絮分布冷反轉(zhuǎn)詞是產(chǎn)轉(zhuǎn)生激摧光的洋必要癥條件池。為腫了讓安半導(dǎo)殼體發(fā)危射激鋒光，隱必須競在半淺導(dǎo)體聯(lián)中形蛛成導(dǎo)止帶底腿比價斯帶頂劉電子鹽密度習(xí)高的厘分布庫反轉(zhuǎn)待狀態(tài)劍。要在渣半導(dǎo)激體中封實現(xiàn)軌分布脆反轉(zhuǎn)風(fēng)，必總須使假其導(dǎo)希帶保眾持高穗密度谷的電曬子，嚷價帶啞保持覺高密經(jīng)度的嗚空穴稿，這名種反換常分稈布需朋要由湯外界炒輸入督能量突來維禮持，與水糞泵提皇升水誤到平呀面一畝樣，倍靠外都力將腐電子述不斷摸激發(fā)濫并維躺持在蘿高能鄭級上逢的過帽程被喝稱為饑“泵嚴(yán)浦”哈。半耽導(dǎo)體炎激光疲器一藏般采留用p么n結(jié)帥正向歌注入疫的方宗式“慮泵浦孕”電毒子，因粒此我蜂們主自要講暢一下膠pn略結(jié)激少光器錄原理結(jié)型洞激光搜器結(jié)肯構(gòu)示葬意圖為了乘能夠稀有效蛙地通禁過注曉入式亞“泵掀浦”喇實現(xiàn)較分布虛反轉(zhuǎn)鉤，其飛p區(qū)燃和n啟區(qū)都蠟必須剖重參愁雜。鳥然后旗，通過外加較高蟲的正修向偏梨置，收形成伙分布尾反轉(zhuǎn)歇區(qū)，遠(yuǎn)半導(dǎo)伸體p喜n結(jié)鵝激光蠢器的牽分布潮反轉(zhuǎn)牲區(qū)一柏般很朝薄，裳厚度床只有舟1微宏米，飛卻是窄激光股器的罵核心夫部分肯，稱秘為有柜緣區(qū)分布劫反轉(zhuǎn)打只是保半導(dǎo)析體激溫光器販產(chǎn)生懂受激訊發(fā)射摸的必造要條蕩件，職要能態(tài)穩(wěn)定霧發(fā)射讓激光爆，還違需要騎滿足駁其他渾條件駛。首婆先，散半導(dǎo)伐體pn結(jié)激室光器圓需要撐通過敵自身驢的自憂發(fā)輻作射產(chǎn)努生激冷勵光盤。在pn結(jié)處恒于正薦向偏腰執(zhí)狀葵態(tài)的吧初期干，其叨有源炎區(qū)中留大量叔注入每額外業(yè)載流呼子開烤始時撥完全暮是自狐發(fā)地員復(fù)合軌，引蝦起自材發(fā)輻慮射，乖發(fā)射不一定耕能量肢的光深子，喝但這犯些光蔥子的魚相位觀和傳境播方息向各江不相復(fù)同。大部鈴分光天子會榆穿出翅有緣恒區(qū)，壁但也促有小疼部分旋平行冶于p蠢n結(jié)防結(jié)平噸面方怕向傳雜播，暖作為張激勵溜光源辟引起剩其他士電子跑-空聰穴對渾復(fù)合以的受深激輻霜射，悠產(chǎn)生裙更多振能量熄、方頌向相驢同的收電子顯，這裕樣的果受激飲輻射移隨著局注入鋒電流址的增抖大而擱逐漸血發(fā)展恒，形扮成高詳強(qiáng)度躍的光刷，但蔥還不申是相所干光忌。必剪須需銹要共右振腔擇作用法布科里-珀羅胳共振疫腔定義你：用從垂直剝于結(jié)熊面的冤兩個斯嚴(yán)格逝平行級的晶禽體解注離面哄作為腦天然嘗反射披鏡面當(dāng)一蜓定頻墻率的樂受激惑發(fā)射錦沿平鏈行于出結(jié)平絞面的茅方向大在反膚射面蔽間來湊回反盒射且救最終晃形成塔兩列煉方向掃相反論的波拌疊加刷時，王就會造在共響振腔嶺形成劣駐波瞧。（鼻兩個日振幅片、波笑長、你周期屬皆相到同的砌正弦?guī)挪ㄏ喑鱿蛐醒羞M(jìn)干范涉而添成的植合成宇波）受激倡輻射歲在共催振腔掩內(nèi)來夕回反養(yǎng)射時抖，也獲會因看吸收膚、散名射及渴反射最面透教射等贏損耗嚇，不獎過，海注入士電流徹則會螞使有蓬源區(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