半導(dǎo)體激光二極管的常用參數(shù)有:(1)波長(zhǎng):即激光管工作波長(zhǎng),目前可作光電開(kāi)關(guān)用的激光管波長(zhǎng)有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。(2)閾值電流Ith:即激光管開(kāi)始產(chǎn)生激光振蕩的電流,對(duì)一般小功率激光管而言,其值約在數(shù)十毫安,具有應(yīng)變多量子阱結(jié)構(gòu)的激光管閾值電流可低至10mA以下。(3)工作電流Iop:即激光管達(dá)到額定輸出功率時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流,此值對(duì)于設(shè)計(jì)調(diào)試激光驅(qū)動(dòng)電路較重要。(4)垂直發(fā)散角θ⊥:激光二極管的發(fā)光帶在垂直P(pán)N結(jié)方向張開(kāi)的角度,一般在15?~40?左右。(5)水平發(fā)散角θ∥:激光二極管的發(fā)光帶在與PN結(jié)平行方向所張開(kāi)的角度,一般在6?~10?左右。(6)監(jiān)控電流Im:即激光管在額定輸出功率時(shí),在PIN管上流過(guò)的電流。激光二極管在計(jì)算機(jī)上的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器,激光打印機(jī)中的打印頭等小功率光電設(shè)備中得到了***的應(yīng)用。半導(dǎo)體激光二極管的工作原理,理論上與氣體激光器相同。激光二極管本質(zhì)上是一個(gè)半導(dǎo)體二極管。廣東激光二極管優(yōu)勢(shì)廠(chǎng)家
DBR-LDDBR-LD(分布布拉格反射器激光二極管)相當(dāng)有代表性的是超結(jié)構(gòu)光柵SSG結(jié)構(gòu)。器件**是有源層,兩邊是折射光柵形成的SSG區(qū),受周期性間隔調(diào)制,其反射光譜變成梳狀峰,梳狀光譜重合的波長(zhǎng)以大的不連續(xù)變化,可實(shí)現(xiàn)寬范圍的波長(zhǎng)調(diào)諧。采用DBR-LD構(gòu)成波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器,與調(diào)制器單片集成,其芯片左側(cè)為雙穩(wěn)態(tài)激光器部分,有兩個(gè)***區(qū)和一個(gè)用作飽和吸收的隔離區(qū);右側(cè)是波長(zhǎng)控制區(qū),由移相區(qū)和DBR構(gòu)成。1550nm多冗余功能可調(diào)諧DBR-LD可獲得16個(gè)頻率間隔為100GHz或32頻率間隔為50GHz的波長(zhǎng),隨著大約以10nm間隔跳模,可獲得約100nm的波長(zhǎng)調(diào)諧。除保留已有的處理和封裝工藝外,還增加了納秒級(jí)的波長(zhǎng)開(kāi)關(guān),擴(kuò)大調(diào)諧范圍。上海激光二極管采購(gòu)為了避免激光二極管因承受過(guò)大的反向電壓而造成擊穿損壞,可在其兩端反并聯(lián)上快速硅二極管。
激光的產(chǎn)生在講激光產(chǎn)生機(jī)理之前,先講一下受激輻射。在光輻射中存在三種輻射過(guò)程,一是處于高能態(tài)的粒子自發(fā)向低能態(tài)躍遷,稱(chēng)之為自發(fā)輻射;二是處于高能態(tài)的粒子在外來(lái)光的激發(fā)下向低能態(tài)躍遷,稱(chēng)之為受激輻射;三是處于低能態(tài)的粒子吸收外來(lái)光的能量向高能態(tài)躍遷稱(chēng)之為受激吸收。自發(fā)輻射,即使是兩個(gè)同時(shí)從某一高能態(tài)向低能態(tài)躍遷的粒子,它們發(fā)出光的相位、偏振狀態(tài)、發(fā)射方向也可能不同,但受激輻射就不同,當(dāng)位于高能態(tài)的粒子在外來(lái)光子的激發(fā)下向低能態(tài)躍遷,發(fā)出在頻率、相位、偏振狀態(tài)等方面與外來(lái)光子完全相同的光。在激光器中,發(fā)生的輻射就是受激輻射,它發(fā)出的激光在頻率、相位、偏振狀態(tài)等方面完全一樣。任何的受激發(fā)光系統(tǒng),即有受激輻射,也有受激吸收,只有受激輻射占優(yōu)勢(shì),才能把外來(lái)光放大而發(fā)出激光。而一般光源中都是受激吸收占優(yōu)勢(shì),只有粒子的平衡態(tài)被打破,使高能態(tài)的粒子數(shù)大于低能態(tài)的粒子數(shù)(這樣情況稱(chēng)為離子數(shù)反轉(zhuǎn)),才能發(fā)出激光。
晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié),在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層,并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí),由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí),外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí),外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng),形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí),p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程,產(chǎn)生大量電子空穴對(duì),產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流,稱(chēng)為二極管的擊穿現(xiàn)象。產(chǎn)生激光的三個(gè)條件是:實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、滿(mǎn)足閾值條件和諧振條件。
半導(dǎo)體激光二極管的基本結(jié)構(gòu):垂直于PN結(jié)面的一對(duì)平行平面構(gòu)成法布里——珀羅諧振腔,它們可以是半導(dǎo)體晶體的解理面,也可以是經(jīng)過(guò)拋光的平面。其余兩側(cè)面則相對(duì)粗糙,用以消除主方向外其它方向的激光作用。半導(dǎo)體中的光發(fā)射通常起因于載流子的復(fù)合。當(dāng)半導(dǎo)體的PN結(jié)加有正向電壓時(shí),會(huì)削弱PN結(jié)勢(shì)壘,迫使電子從N區(qū)經(jīng)PN結(jié)注入P區(qū),空穴從P區(qū)經(jīng)過(guò)PN結(jié)注入N區(qū),這些注入PN結(jié)的非平衡電子和空穴將會(huì)發(fā)生復(fù)合,從而發(fā)射出波長(zhǎng)為λ的光子,其公式如下:[1]λ=hc/Eg⑴式中:h—普朗克常數(shù);c—光速;Eg—半導(dǎo)體的禁帶寬度。上述由于電子與空穴的自發(fā)復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象稱(chēng)為自發(fā)輻射。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過(guò)半導(dǎo)體時(shí),一旦經(jīng)過(guò)已發(fā)射的電子—空穴對(duì)附近,就能激勵(lì)二者復(fù)合,產(chǎn)生新光子,這種光子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱(chēng)為受激輻射。如果注入電流足夠大,則會(huì)形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布,即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下,少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射,造成選頻諧振正反饋,或者說(shuō)對(duì)某一頻率具有增益。當(dāng)增益大于吸收損耗時(shí),就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線(xiàn)的相干光——激光,這就是激光二極管的簡(jiǎn)單原理極管是如常用的電子元件之一,它比較大的特性就是單向?qū)щ?,也就是電流只可以從二極管的一個(gè)方向流過(guò)。上海激光二極管采購(gòu)
量子阱激光二極管具有閾值電流低,輸出功率高的優(yōu)點(diǎn),是目前市場(chǎng)應(yīng)用的主流產(chǎn)品。廣東激光二極管優(yōu)勢(shì)廠(chǎng)家
由于電子與空六的自發(fā)復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象稱(chēng)為自發(fā)輻射。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過(guò)半導(dǎo)體時(shí),一旦經(jīng)過(guò)已發(fā)射的電子-空六對(duì)附近,就能激勵(lì)二者復(fù)合,產(chǎn)生新光子,這種光子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱(chēng)為受激輻射。如果注入電流足夠大,則會(huì)形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布,即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下,少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腦兩端面往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射,造成選頻諧振正反饋,或者說(shuō)對(duì)某一頻率具有增益。當(dāng)增益大于吸收損耗時(shí),就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線(xiàn)的相干光--激光,這就是激光二極管的簡(jiǎn)單原理隨著技術(shù)和工藝的發(fā)展,目前實(shí)際使用的半導(dǎo)體激光二極管具有復(fù)雜的多層結(jié)常用的激光二極管有兩種:?PIN光電二極管。它在收到光功率產(chǎn)生光電流時(shí)會(huì)帶來(lái)量子噪聲。?雪朋光電二極管。它能夠提供內(nèi)部放大,比PIN光電二極管的傳輸距離遠(yuǎn),但量子噪聲更大。為了獲得良好的信噪比,光檢測(cè)器件后面須連接低噪聲預(yù)放大器和主放大器。廣東激光二極管優(yōu)勢(shì)廠(chǎng)家
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