§2.2半导体激光器 §22半导体激光器 22.1光学谐振腔与激光器的阈值条件 ●22,2半导体激光器的结构 ●223半导体激光器特性 ●224LD的应用 目录 章电光信息转换 结
上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 第 二 章 电 光 信 息 转 换 1 §2.2半导体激光器 §2.2 半导体激光器 ● 2.2.1 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 ● 2.2.3 半导体激光器特性 ● 2.2.4 LD的应用
§2.2.1光学谐振腔与激光器的阈值条件 §2.2.1光学诸振腔与激光器的阈值条件 激光器稳定工作的必要条件: (1)粒子数反转产生增益 (2)提供光的反馈 其中最简单的是法布里珀罗腔 注入电流 解理面1 源区 理面 目录 章电光信息转换 RI 增益介质 ZL 图 激光二极管的谐振腔 结
上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 第 二 章 电 光 信 息 转 换 §2.2.1光学谐振腔与激光器的阈值条件 2 §2.2.1 光学谐振腔与激光器的阈值条件 • 激光器稳定工作的必要条件 : (1) 粒子数反转产生增益 (2) 提供光的反馈 : 其中最简单的是法布 里——珀罗腔 图2.2.1-1 激光二极管的谐振腔 注入电流 解理面 有源区 解理面 L R1 增益介质 R2 z=0 z=L
§2.2.1光学谐振腔与激光器的阈值条件 只有当增益等于或大于总损耗时,才能建立 起稳定的振荡,这一增益称为阈值增益。为达 到阈值增益所要求的注入电流称为阈值电流。 个纵模只有在其增益大于或等于损耗时, 才能成为工作模式,即在该频率上形成激光输 出 有2个以上纵模激振的激光器,称为多纵模 激光器。通过在光腔中加入色散元件或采用外 腔反馈等方法,可以使激光器只有一个模式激 振,这样的激光器称为单纵模激光器。 结
上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 第 二 章 电 光 信 息 转 换 § 3 2.2.1光学谐振腔与激光器的阈值条件 只有当增益等于或大于总损耗时，才能建立 起稳定的振荡，这一增益称为阈值增益。为达 到阈值增益所要求的注入电流称为阈值电流。 一个纵模只有在其增益大于或等于损耗时， 才能成为工作模式，即在该频率上形成激光输 出。 有2个以上纵模激振的激光器，称为多纵模 激光器。通过在光腔中加入色散元件或采用外 腔反馈等方法，可以使激光器只有一个模式激 振，这样的激光器称为单纵模激光器
§222半导体激光器的结构 §222半导体激光器的结构 最简单的半导体激光器由一个薄有源层 (厚度约01pm)、P型和N型限制层构成,如 图222-1所示。 电流 金属接触 100 P型 目录 200μm 章电光信息转换 有源层 解理面 300um 图222-1大面积半导体激光器 结
上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 第 二 章 电 光 信 息 转 换 4 §2.2.2 半导体激光器的结构 §2.2.2 半导体激光器的结构 最简单的半导体激光器由一个薄有源层 （厚度约0.1μm）、P型和N型限制层构成，如 图2.2.2-1所示。 图2.2.2-1 大面积半导体激光器 解理面 金属接触 电流 有源层 P型 N型 300μm 100μm 200μm
§222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。 增益导引型半导体激光器 解决光限制问题的一种简单方案是将注入 电流限制在一个窄条里,这样的激光器称为条 形半导体激光器,其结构如图222-2所示。将 目录 第一绝缘层介质SO2)淀积在P层上,中间敞开以 注入电流。由于光限制是借助中间条形区的增 指益来实现的,这样的激光器称为增益导引型半 目 转导体激光器 结
上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 第 二 章 电 光 信 息 转 换 § 5 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。 一、增益导引型半导体激光器 解决光限制问题的一种简单方案是将注入 电流限制在一个窄条里，这样的激光器称为条 形半导体激光器，其结构如图2.2.2-2所示。将 一绝缘层介质(SiO2 )淀积在P层上，中间敞开以 注入电流。由于光限制是借助中间条形区的增 益来实现的，这样的激光器称为增益导引型半 导体激光器
§222半导体激光器的结构 绝缘介质 P-In GaAsP P-InP N-InP InGaAsP 什+-InP衬底 图222-2增益导引型半导体激光器 折射率导引型半导体激光器 目录 通过在侧向采用类似异质结的设计而形成 电的波导,引入折射率差,也可以解决在侧向的 光 信光限制问题, 转 结
上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 第 二 章 电 光 信 息 转 换 6 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 通过在侧向采用类似异质结的设计而形成 的波导，引入折射率差，也可以解决在侧向的 光限制问题， P-InP N-InP InGaAsP N+ -InP衬底 绝缘介质 P-InGaAsP §2.2.2 半导体激光器的结构
§222半导体激光器的结构 这种激光器称为折射率导引型半导体激光器 接点 P-InP SiO N-InP In gaasP有源层 N+-InP衬底 目录 章电光信息转换 图222-3折射率导引型半导体激光器 结
上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 第 二 章 电 光 信 息 转 换 7 这种激光器称为折射率导引型半导体激光器。 图2.2.2-3 折射率导引型半导体激光器 P-InP N-InP InGaAsP有源层 N+ -InP衬底 接点 SiO2 SiO2 §2.2.2 半导体激光器的结构
§22.3半导体激光器特性 §223半导体激光器特性 光谱特性 图223-1为 GaAlas双异质结激光器的光谱特性。 驱动电流增大 832830828826824 32830828826824 832830828826824 目录 第图22.31 GaAIAS双异质结激光器的光谱特性示意图 章电光信息转换 波长取决于激光器的光学腔长,称为激 光器的纵模 结
上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 第 二 章 电 光 信 息 转 换 §2.2.3 半导体激光器特性 8 §2.2.3 半导体激光器特性 • 一、光谱特性 图2.2.3-1为GaAIAs双异质结激光器的光谱特性。 832 830 828 826 824 832 830 828 826 824 832 830 828 826 824 驱动电流增大 → → 图2.2.3-1 GaAIAs双异质结激光器的光谱特性示意图 波长取决于激光器的光学腔长，称为激 光器的纵模
§22.3半导体激光器特性2 当驱动电流足够大时,多纵模变为单纵模, 称为当驱动电流足够大时,多纵模变为单纵模, 称为静态单纵模激光器。 激光束的空间分布 近场是指激光器反射镜面上的光强分布, 远场是指离反射镜面一定距离处的光强分布 由于激光腔为矩形光波导结构,因此近场分布 表征其横模特性,在平行于结平面的方向,光 章强呈现周期性的空间分布,称为多横模;在垂 光直于结平面的方向,由于谐振腔很薄,这个方 蟲向的场图总是单横模。 结
上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 第 二 章 电 光 信 息 转 换 § 9 2.2.3 半导体激光器特性2 当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模， 称为当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模， 称为静态单纵模激光器。 二、激光束的空间分布 近场是指激光器反射镜面上的光强分布， 远场是指离反射镜面一定距离处的光强分布。 由于激光腔为矩形光波导结构，因此近场分布 表征其横模特性，在平行于结平面的方向，光 强呈现周期性的空间分布，称为多横模；在垂 直于结平面的方向，由于谐振腔很薄，这个方 向的场图总是单横模
§223半导体激光器特性2 相对光强 辐射角(度) 图223-2为典型LD的远场辐射特性 目录 图223-2为典型LD的远场辐射特性,图中 电与分别为平行于结平面和垂直于结平面方向的 意辐射角,整个光束的横截面呈椭圆形。 转 结
上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 第 二 章 电 光 信 息 转 换 10 图2.2.3-2为典型LD的远场辐射特性 图2.2.3-2为典型LD的远场辐射特性，图中 与分别为平行于结平面和垂直于结平面方向的 辐射角，整个光束的横截面呈椭圆形。 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 发射光功 率P/mW 80 40 0 40 80 辐射角θ(度) 相 对 光 强 ⊥ // §2.2.3 半导体激光器特性2