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半導體激光器原理

2025-3-26  閱讀(381)

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1. 半導體激光器原理—簡介

半導體激光器是指以半導體材料為工作物質(zhì)的激光器,又稱半導體激光二極管(LD),

是20世紀60年代發(fā)展起來的一種激光器。半導體激光器具有體積小,重量輕,運轉(zhuǎn)可靠,耗電少,效率高等有點,廣泛應用于光纖通信、光盤、激光打印機、激光掃描器、激光指示器(激光筆),軍事領域,如激光制導跟蹤、激光雷達、激光引信、光測距、激光通信電源、激光模擬wu器等。


2. 半導體激光器原理—基本結構

半導體激光器一種在電流注入下能夠發(fā)出相干輻射光(相位相同、波長基本相同、強度較大)的光電子器件,其結構如下圖所示。外形及大小與小功率半導體三極管差不多,僅在外殼上多一個激光輸出窗口。夾著結區(qū)的P區(qū)與N區(qū)做成層狀,結區(qū)厚為幾十微米,面積約小于1mm2。


3. 半導體激光器原理—產(chǎn)生原理

半導體激光器是一種相干輻射光源,主要是依靠注入載流子工作的,要使它能產(chǎn)生激光,必須具備三個基本條件:

1) 通過高濃度參雜PN結的正向注入形成載流子分布發(fā)轉(zhuǎn),使受激輻射占優(yōu)勢,即高能態(tài)粒子數(shù)足夠的大于處于低能態(tài)的粒子數(shù);

2) 有一個合適的諧振腔能夠起到反饋作用,使受激輻射光子增生,從而產(chǎn)生激光震蕩;

3) 正向電流密度達到或者超過閥值,即增益至少等于損耗,以使光子增益等于或大于光子的損耗。

簡單來講,工作三要素:受激光輻射、諧振腔、增益大于等于損耗。


4. 半導體激光器原理—工作原理

半導體激光器工作原理是通過一定的激勵方式,在半導體物質(zhì)的能帶(導帶與價帶)之間,或者半導體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)(受主或施主)能級之間,實現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn),當處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復合時,便產(chǎn)生受激發(fā)射作用,產(chǎn)生激光。半導體激光器產(chǎn)生激勵的方式主要有以下三種,即電注入式、光泵式和高能電子束激勵式:

1) 電注入式半導體激光器一般是由GaAS(砷化鎵)、InAS(砷化銦)、Insb(銻化銦)等材料制成的半導體面結型二極管,沿正向偏壓注入電流進行激勵,在結平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。

2) 光泵浦激勵式半導體激光器一般用N型或P型半導體單晶(GaAS、InAs、InSb等)作為工作物質(zhì),以其它激光器發(fā)出的激光作光泵激勵。

3) 高能電子束激勵式半導體激光器一般用N型或者P型半導體單晶(PbS、CdS、ZhO等)作為工作物質(zhì),通過由外部注入高能電子束進行激勵。


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