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深度解析半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理及工作原理

發(fā)布時(shí)間：2018-02-01 責(zé)任編輯：lina

【導(dǎo)讀】半導(dǎo)體激光器又稱(chēng)激光二極管，是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器。它具有體積小、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，并可采用簡(jiǎn)單的注入電流的方式來(lái)泵浦其工作電壓和電流與集成電路兼容，因而可與之單片集成。

由于這些優(yōu)點(diǎn)，半導(dǎo)體二極管激光器在激光通信、光存儲(chǔ)、光陀螺、激光打印、測(cè)距以及雷達(dá)等方面以及獲得了廣泛的應(yīng)用。

激光器的發(fā)光原理

產(chǎn)生激光要滿足以下條件：

一、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；

二、要有諧振腔，能起到光反饋?zhàn)饔?，形成激光振蕩；形成形式多樣，最?jiǎn)單的是法布里——帕羅諧振腔。

三、產(chǎn)生激光還必須滿足閾值條件，也就是增益要大于總的損耗。

（1）滿足一定的閥值條件。

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，不斷增加腔內(nèi)的光場(chǎng)。這就必須要有足夠強(qiáng)的電流注人，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閥值條件。當(dāng)激光器達(dá)到閥值時(shí)，具有特定波長(zhǎng)的光就能在腔內(nèi)諧振并被放大，最后形成激光而連續(xù)地輸出。

（2）諧振腔，能起到光反饋?zhàn)饔?，形成激光振蕩?/div>

要實(shí)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質(zhì)膜，而出光面鍍上減反膜。

對(duì)F-P腔（法布里—拍羅腔）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構(gòu)成F-P 腔。

（3）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(jí)所組成的能帶，因此在半導(dǎo)體中要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須在兩個(gè)能帶區(qū)域之間，處在高能態(tài)導(dǎo)帶底的電子數(shù)比處在低能態(tài)價(jià)帶頂?shù)目昭〝?shù)大很多，這靠給同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)加正向偏壓，向有源層內(nèi)注人必要的載流子來(lái)實(shí)現(xiàn)，將電子從能量較低的價(jià)帶激發(fā)到能量較高的導(dǎo)帶中去。當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。

半導(dǎo)體激光器特性

半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料為工作物質(zhì)的一類(lèi)激光器件。它誕生于1962年，除了具有激光器的共同特點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）體積小，重量輕;

（2）驅(qū)動(dòng)功率和電流較低;

（3）效率高、工作壽命長(zhǎng);

（4）可直接電調(diào)制;

（5）易于與各種光電子器件實(shí)現(xiàn)光電子集成;

（6）與半導(dǎo)體制造技術(shù)兼容;可大批量生產(chǎn)。

由于這些特點(diǎn)，半導(dǎo)體激光器自問(wèn)世以來(lái)得到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注與研究。成為世界上發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛、最早走出實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)商用化且產(chǎn)值最大的一類(lèi)激光器。