半导体激光器课程综述报告.docx

目录一、半导体激光器的简介……………………………………………………………2二、半导体激光器的原理……………………………………………………………2三、基本结构和特征…………………………………………………………………3四、外文资料综述……………………………………………………………………4五、参考文献…………………………………………………………………………5半导体激光器一、半导体激光器的简介半导体激光器（LD）是指以半导体材料为工作物质的一类激光器。其工作物质是采用直接带隙半导体材料构成的结形器件，受激辐射是由电子—空穴复合而产生的。半导体激光器的发明推动了光电子技术蓬勃发展，特别是光纤通信事业的发展。半导体激光器得到惊人的发展，是由于它具有一系列独特的特点：一，体积小，重量轻，激活面积约。二，效率高。能量转换效率大于30%，外微分量子效率大于50%，内量子效率接近100%。三，辐射波长范围大。波长在之间。从蓝绿光、红光到红外。四，使用寿命长，在百万小时以上，即使在环境温度下，其寿命达万小时以上。半导体激光器自诞生以来，已被广泛应用于光纤通信、激光打印、激光焊接、激光医学、泵浦固体激光器、军事、科研及光信息处理等方面。二、半导体激光器的原理半导体激光器的基本原理是基于光子和半导体中的载流子的相互作用。就基本原理而论，半导体激光器与其他类型的激光器没有根本区别，都是基于受激辐射光放大，必须实现粒子数反转分布条件和满足阈值条件。在具有能带结构的半导体有源介质中，如果沿用气体、固体激光器的粒子数反转条件是令人费解的。因为价带空穴的有效质量比导带电子的高一个数量级，因而价带电子态密度也要比导带高的多。若要在半导体有源介质中实现粒子数反转，需要导带和价带准费米能级之差大于或等于禁带宽度。为了实现粒子数反转与阈值条件，使激光器产生相干输出，除了需要直接带隙半导体有源介质外，光子反馈谐振是实现上述条件的保证，这也是半导体激光器与发光二极管的区别。从激光原理可知，激光器的工作原理是必须实现粒子数反转分布和阈值条件。这些条件是依靠激光器的结构来实现的。激光器的基本结构包括激光工作物质、光学谐振腔和激励源三部分。半导体激光器的有源区的基本结构单元是PN结。辐射复合产生的光场也会向有源区两边渗透，为使阈值电流密度降低和有效的工作，必须将注入有源区的载流子限制在更小的区域内，以提高注入载流子浓度，并将光子限制在有源区内。同时实现这两个目的的有效途径是采用异质结，利用异质结两边带隙差将载流子限制在有源区内，又利用其折射率差形成光波导将光子也限制在有源区内。半导体激光器的基本结构只有几种，如双异质结、条形、量子阱和分布反馈等，某些性能优良的激光器是这些基本结构的优化组合。三、基本结构和特征单异质结激光器是在1969年研制成功的，它是用液相外延法，在N-GaAa衬底外延生长一层P-GaAa,再在GaAa PN结P-GaAa一侧外延生长一层P-GaAlAa半导体的三层结构。单异质结激光器的优点是阈值电流密度低、效率高。室温下单异质结激光器的阈值电流密度与有源区宽度有关，有源区宽度存在一个最佳值，当时最低，对单异质结激光器有源区宽度的取值范围为。实验表明单异质结激光器的阈值电流密度与腔的损耗、腔长、腔镜反射率及工作条件等因素有关。而双异质结激光器的结构为四层，即N-GaAa衬底和三层外延生长层。双异质结的工作原理是在正向偏压情况下，电子和空穴分别从宽带隙的N区和P区注入有源区，注入的电子和空穴的扩散分别受到PP异质结和NN异质结的限制，从而在有源区内积累起产生粒子数反转所需的非平衡载流子浓度，同时窄带隙层的折射率较大，宽带隙层的折射率较小，窄带隙有源层构成一个限制光子在有源区内的介质光波导。与同质结器件相比，由于双异质结比较容易获得很高的非平衡载流子浓度，因此有源区及限制层都不一定需要重掺杂。单量子阱激光器的结构基本上就是把普通双异质结激光器的有源层厚度做成数十纳米的激光器。典型结构参数：腔长为，有源区厚度为，阈值电流为。而量子阱激光器具有的优点有：通过改变量子阱厚度可以在很宽的光谱范围改变激光器激射波长。注入载流子利用率高，有利于产生更大的输出功率，适合于制作大功率激光器阵列。价带的轻、重空穴带量子化能级分离，因此具有TE、TM模的选择控制功能。微分增益系数高，能在更高的调制速率下工作，动态特性好等。由于半导体激光器体积小，结构简单和性能可靠，在集成光路和光纤信号传输应用中是一种极好的光源。半导体激光器是一种高效率的电子—光子转换器件。小功率的可以连续输出功率在几毫瓦到十几毫瓦，大功率的连续或准连续输出功率达到几百瓦或千瓦的水平。半导体激光器的模式可以分为空间模和纵模。纵模表示频谱分布，反映发射光功率在不同波长上的分布，而空间模描述围绕输出光束轴线的光强分布，或是