激光二极管ppt课件.ppt

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1、激光二极管激光二极管光信息81 靳赛激光二极管本质（laser diode）上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以把激光二极管分为同质结、单异质结（SH）、双异质结（DH）和量子阱（QW）激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低，输出功率高的优点，是目前市场应用的主流产品。同激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点，但其输出功率小（一般小于2mW），线性差、单色性不太好，使其在有线电视系统中的应用受到很大限制，不能传输多频道，高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模块中，上行发射一般都采用量子阱激光二极管作为光源。激光的产生激光的产生机理机理一 高能态的粒子自发向低能

2、态跃迁，称之为自发辐射；二 高能态的粒子在外来光的激发下向低能态跃迁，称之为受激辐射；三 低能态的粒子吸收外来光的能量向高能态跃迁称之为受激吸收。 在激光器中，发生的辐射就是受激辐射，它发出的激光在频率、相位、偏振状态等方面完全一样。任何的受激发光系统，即有受激辐射，也有受激吸收，只有受激辐射占优势，粒子的平衡态被打破，使高能态的粒子数大于低能态的粒子数（这样情况称为；粒子数反转），才能发出激光。激光激光产生的三个产生的三个条件条件粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件； 产生光的受激辐射的首要条件是粒子数反转，在半导体中就是要把价带内的电子抽运到导带。为了获得离子数反转，通常采用重掺杂的P型和N

3、型材料构成PN结，这样，在外加电压作用下，在结区附近就出现了离子数反转在高费米能级EFC以下导带中贮存着电子，而在低费米能级EFV以上的价带中贮存着空穴。要产生激光，还要有损耗极小的谐振腔，谐振腔的主要部分是两个互相平行的反射镜，激活物质所发出的受激辐射光在两个反射镜之间来回反射，不断引起新的受激辐射，使其不断被放大。只有受激辐射放大的增益大于激光器内的各种损耗，即满足一定的阈值条件:P1P2exp(2G - 2A) 1 才能输出稳定的激光（P1、P2是两个反射镜的反射率，G是激活介质的增益系数，A是介质的损耗系数，exp为常数）激光二极管原理半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体的

4、PN结加有正向电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为的光子 = hc/Eg（h普朗克常数； c光速； Eg半导体的禁带宽度） 这种现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子空穴对附近，就能激励二者复合，产生新光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频

5、谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出具有良好谱线的相干光激光导电特性导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。激光二极管的注入电流必须大于临界电流密度，才能满足居量反转条件而发出激光。临界

6、电流密度与接面温度有关，并且间接影响效益。高温操作时，临界电流提高，效益降低，甚至损坏组件。特点特点当激光二极管注入电流在临界电流密度以下时，发光机制主要是自发放射，光谱分散较广，频宽大约在100到500埃当电流密度超过临界值时，就开始产生振荡，最后只剩下少数几个模态，而频宽也减小到30埃以下。而且，激光二极管的消耗功率极小，以双异质结构激光为例，最大的额定电压通常低于2伏特，输入电流则在15到100毫安之间，消耗功率往往不到一瓦特，而输出功率达数十毫瓦特以上激光二极管的特色之一，是能直接从电流调制其输出光的强弱。因为输出光功率与输入电流之间多为线性关系，所以激光二极管可以采用模拟或数字电流直

7、接调制输出光的强弱，省掉昂贵的调制器，使二极管的应用更加经济实惠。几种常用的激光二极管DFB-LD 1550nmDFB-LD开始大量用于622Mb/s、2.5Gb/s光传输系统设备,对波长的选择使DFB-LD在大容量、长距离光纤通信中成为主要光源。VCESL(垂直腔面发射激光)二极管 在1528-1560nm范围连续可调谐43nm,经过2.5Gb/s传输500km实验无误码,边模抑制优于50dB。如果发射波长在1310-1550nm之间的VCSEL能够商业化生产,将会进一步促进光通信发展,使光网络更加靠近家庭。MOEMS-LD(微光机电系统激光二极管) 可作可调谐光器件,也可用于半导体激光器集成,构成可调谐激光器。Thank you！ 谢谢