第1章-半导体激光器-2013.ppt
半导体激光器：
半导体激光器(也叫激光二极管)是光纤通讯中的
重要光源。
正向偏压下工作,激励当正向电压大到一定程度时,
能源是外加电压(电泵)造成粒子数反转,形成电子
大量载流子跃迁到较高空穴复合发光,由自发辐射
能量的能级上。引起受激辐射。
p-n结本身就形成一个光学谐振腔,两个端面相当于
两个反射镜,适当镀膜后可到达所要求的反射系数,
形成激光振荡,并利于选频。
2025-3-151
二、注入式同质结半导体激光器
1、结构
1962年研制成功，GaAs半导体激光器。
同质结：p-n结由同一种材料的p型和n型构成。
p-n结正向注入式
半导体激光器电子束激励
的泵浦方式光激励
碰撞电离激励
谐振腔：p-n结的两个端面构成平行平面腔。
方法：利用GaAs晶体的自然结晶面[110]，
端面反射率：32％，一般将其中的一个面镀全反射膜。
激光器的工作原理
•激光器是指能够产生激光的自激振荡器。
•要使得光产生振荡，必须先使光得到放大，
而产生光放大的前提，由前面的讨论可知，
是物质中的受激辐射必须大于受激吸收。
•受激辐射是产生激光的关键。
光纤通信系统5第2讲
光纤通信系统6第2讲
光纤通信系统7第2讲
粒子数反转分布与光放大之间的关系
•在热平衡条件下，物质不可能有光放大作用
•要想物质能够产生光的放大，就必须使受激辐射
作用大于受激吸收作用，也就是必须使N2N1。
•这种粒子数一反常态的分布，称为粒子数反转分
布。
•粒子数反转分布状态是使物质产生光放大的必要
条件。
•将处于粒子数反转分布状态的物质称为增益物质
或激活物质。
粒子数反转分布状态
1.粒子数正常分布状态
设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2(E2E1)的
电子数分别为N1和N2。
当系统处于热平衡状态时，存在下面的分布
NEE
2exp(21)
N1kT
-23
式中，k=1.381×10J/K，为波尔兹曼常数，T为热力学温度。
由于(E2-E1)0，T0，所以在这种状态(热平衡状态)下，总是
N1N2。这是因为电子总是首先占据低能量的轨道。
受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，
且比例系数(吸收和辐射的概率)相等。
如果N1N2，即受激吸收大于受激辐射。当光
通过这种物质时，光强按指数衰减，这种物质称为
吸收物质。
如果N2N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通
过这种物质时，会产生放大作用，这种物质称为激
活物质。
N2N1的分布，和正常状态(N1N2)的分布相反，
所以称为粒子(电子)数反转分布。
导带导带
价带价带
正常分布反转分布
产生激光的必要条件：粒子数反转分布
产生粒子数反转的方法
•注入载流子－半导体激光器
•强光对激光物质进行照射－固体激光器
•气体电离－气体激光器
2.粒子数反转分布状态
为了使物质发光，就必须使其
内部的自发辐射和/或受激辐射几
率大于受激吸收的几率。
有多种方法可以实现能级之间
的粒子数反转分布状态，这些方
法包括光鼓励方法、电鼓励方法
等。
第3章光源与光检测器
第3章光源与光检测器
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