半导体激光器.ppt

关于半导体激光器;　　半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的PN结或PIN结为工作物质的一种小型化激光器。其工作原理是受激辐射，利用半导体物质在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。 　　半导体激光工作物质有几十种，目前已制成激光器的半导体材料有砷化稼（GaAs）、砷化铟（InAs）、氮化镓（GaN）、锑化铟（InSb）、硫化镉（Cds）、蹄化镉（CdTe）、硒化铅（PbSe）、啼化铅（PhTe）、铝??砷（A1xGaAs）、铟磷砷（In-PxAs）等。;　　半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。 　　半导体激光器的激励方式主要有电注人式、光泵浦式和高能电子束激励式三种。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注人，即给PN结加正向电压，以使在结平面区域产生受激发射，也就是说是个正向偏置的二极管，因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。对半导体来说，由于电子是在各能带之间进行跃迁，而不是在分立的能级之间跃迁，所以跃迁能量不是个确定值，这使得半导体激光器的输出波长分布在一个很宽的范围上。它们所发出的波长在0.3-34μm之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙，最常见的是AlGaAs双异质结激光器，其输出波长为750-890nm。;　　世界上第一只半导体激光器是1962年问世的，经过几十年来的研究，半导体激光器得到了惊人的发展，它的波长从红外、红光到蓝绿光，被盖范围逐渐扩大，各项性能参数也有了很大的提高，其制作技术经历了由扩散法到液相外延法（LPE），气相外延法（VPE），分子束外延法（MBE），MOCVD方法（金属有机化合物汽相淀积），化学束外延（CBE）以及它们的各种结合型等多种工艺。;　　半导体激光器其激射阈值电流由几百mA降到几十mA，直到亚mA，其寿命由几百到几万小时，乃至百万小时。从最初的低温（77K）下运转发展到在常温下连续工作，输出功率由几毫瓦提高到千瓦级（阵列器件）。它具有效率高、体积小、重量轻、结构简单、能将电能直接转换为激光能、功率转换效率高（已达10%以上、最大可达50%）、便于直接调制、省电等优点，因此应用领域日益扩大。目前，固定波长半导体激光器的使用数量居所有激光器之首，某些重要的应用领域过去常用的其他激光器，已逐渐为半导体激光器所取代。;　　半导体激光器最大的缺点是：激光性能受温度影响大，光束的发散角较大（一般在几度到20度之间），所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。但随着科学技术的迅速发展，半导体激光器的研究正向纵深方向推进，半导体激光器的性能在不断地提高。目前半导体激光器的功率可以达到很高的水平，而且光束质量也有了很大的提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21世纪的信息社会中将取得更大的进展，发挥更大的作用。;　光学谐振腔与激光器的阈值条件;（2） 提供光的反馈 ——解理面;　　在PN结上施加正向电压，产生与内部电场相反方向的外加电场，结果能带倾斜减小，扩散增强。电子运动方向与电场方向相反，便使N区的电子向P区运动，P区的空穴向N区运动，最后在PN结形成一个特殊的增益区。;获得粒子数反转分布 ;;A.爱因斯坦 对现物理方面的贡献，特别是阐明光电效应的定律;A.M.普洛霍罗夫 在量子电子学中的研究工作导致微波激射器和激光器的制作 ;1964 C.H.汤斯 在量子电子学的基础研究导致根据微波激射器和激光器原理构成振荡器和放大器;N.G.巴索夫 用于产生激光光束的振荡器和放大器的研究工作;半导体激光器研究前沿;　光学谐振腔与激光器的阈值条件;§2.2.2 半导体激光器的结构;　　　这样的激光器面积大，称为大面积激光器。为解决侧向辐射和光限制问题，实际的激光器采用了增益导引型和折射率导引型结构。;图2.2.2-2 增益导引型半导体激光器;二、折射率导引型半导体激光器;§2.2.3 半导体激光器的特性 ;二、*激光束的空间分布;三、转换效率与输出光功率特性; 激光器的输出光功率通常用P-I曲线表示，图为典型LD的光功率特性曲线。当 时，激光器发出的是自发辐射光，当 时，发出的是受激辐射光，光功率随驱动电流的增加而增加。; 四、温度特性;§2.2.4 LD的应用 ;　　半导体激光器体积小、重量轻、可靠性高、转换效率高、功耗低、驱动电源简单、能直接调制、结构简单、价格低廉、使用安全、其应用领域非常广泛。如光存储、激光打印、激光照排、激光测距、条码扫描、工业探测、测试测量仪器、激光显示、医疗仪器、军事、安防、野外探测、