2022年半导体激光器的应用与分类 .pdf

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1、半导体激光器的应用与分类半导体光 发射器 是电流 注入型半 导体 PN结光发 射器件 ，具有 体积小、重量轻、直接调制、宽带宽，转换效率高、高可靠和易于集成等特点，被广泛应用。按照其发光特性，可分为激光二极管（又称半导体激光器或二极管激光器， Laser Diode，LD），通常光谱宽度不 于5nm（采取专门措施可不大 于0.1nm）；发光 二极管 (Light Emitting Diode ，LED)，光谱宽度一 般不小于 50nm；超辐射发光二极管(Superluminescent Dmde,SLD)，光谱宽度不 大 于 5nm（ 采 取 专 门 措 施 可 不 大 于 0.1nm ） ；

2、 发 光 二 极 管 （ Light Emiltting， LED） ， 光 谱 宽 度 一 般 不 小 于 50nm； 超 辐 射 发 光 二 极 管（Superluminescent SLD），光谱宽度为 3050nm，本节重点介绍几种半导体激光器， 钽电容 简要介绍超辐射发光二极管。半导体激光器的分类有多种方法。按波长分：中远红外激光器、近红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等；按结构分：双异质结激光器、大光腔激光器、分布反馈激光器、垂直腔面发射激光器；按应用领域分：光通信激光器、光存储激光器、大功率泵浦激光器、引信用脉冲激光器等；按管心组合方式分：单管、阵列（线阵、面阵）；按注入电流工

3、作方式分：脉冲、连续、准连续等。LD 主要技术摄技术指标有光功率、中心波长、光谱宽度、阈值电流、工作电流、工作电压、斜率效率和电光转换效率等。半导体激光器的光功率是指在规定驱动电流条件下输出的光功率，该指标直接与工作电流对应，这体现了半导体激光器的电流驱动特性。如果是连续驱动条件， T491T336M004AT 则输出功率就是连续光功率，如果是脉冲驱动条件，输出的光功率可用峰值功率或平均功率来衡量。hymsm%ddz半导体激光器的中心波长是指激光器所发光谱曲线的中心点所对应的波长，通常用该指标来标称激光器的发光波长。光谱宽度是标志个导体激光器光谱纯度的一个指标，通常用光谱曲线半高度对应的光谱全

4、宽来表示。半导体激光器的光场是发散的而且是不对称的。在垂直PN 结平面方向（快轴方向），发散角较大，通常在20 45之间；在平行 PN 结平面方向（慢轴方向），发散角较小，通常在6 12之间。由此可以看出，半导体二极管激光器的光场在空间分布呈椭圆形。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 半导体激光器阈值电流是指只有驱动电流高于该阈值电流，激光器才会有激光输出，这一特点也是激光器区别于发光管的一个特点，发光管没有阈值特性

5、。半导体激光器的工作电流是指激光器正常工作时所对应的工作电流，工作电压是指正常工作时 PN 结两端或正负极之间的电压。导体激光器的斜率效率是指PN 曲线的斜率，单位为W/A 。它表征激光器注入单位电流转换为光功率的能力。电光转换效率是指注入单位电功率转换为光功率的比值，这一指标是激光器内量子效率、外量子效率、串联电阻等指标的综合体现。LD 的主要光电指标均对温度敏感，随工作温度升高性能下降，波长随温度升高而向长波方向发生移动。对输出功率和波长稳定性有较高要求时，需要进行功率和温度控制，通常把 LD做成一 个发射 组件， 即在 LD后腔面 集成一个光电二极管用于监测光功率；在热沉的适当位置设置热

6、敏电阻，监测光源工作温度。主要有光纤通信、激光引信、激光雷达、激光测距、激光制导、核爆模拟等。(1) 光纤通信用半导体激光器1310nm半 导体 激 光 器、1550mn分布 反馈 （Distributing Feedhaek，DFB）半导体激光器和980nm半导体激 光器为光 纤通信 的三个 主导产 品。其中1310nm和1550nm分别 对应石英光 纤低色散和低损耗窗口，可实现光纤通信大容量、长距离传输。若将980nm激光器为泵源的掺铒光纤放大器引入到1550nm光纤 通 信 系统 ，可 实 现 无中 继的 直 接 光 放 大 ， 系 统 传 输 距 离 达300km以 上。 半导 体激

7、光 器性 能的 提高 有力 地推 动 着信 息技 术的 发展 。(2) 蓝、绿光半导体激光器T491C476K004AT蓝、绿光激光在海水中传播时，损耗低，在水下100m传播时的损耗要比其他波长的光低约20dB； 蓝、绿光 在水中的 穿透能力 达600m，因 此，利用它可实现海中潜艇之间的通信。(3) 泵浦源大功率半导体激光器不同波长的连续、准连续大功率半导体激光器商用进程的加快，源于量子阱 ( Quantum Well，QW) 和应变量子阱(Strain Layer QW， SL - QW) 新名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -

8、- - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 型外延技术突破。量子 阱材料生 长技 术将大 功率 半导体 激光器 的指 标提高到一个 新水 平： 1c m线阵LD连续波 输出 功率 达121W ，转 换效 率为 45% ， 输出 功率 最高 达到 200W 以上 。输 出功 率为 600W 、l kW 、1.5kW 、3kW 等高功率LD阵列系列均商用化。美国准连续LD阵列最高输 出功率达 42kW。高效 率、高功率 LD及 其列 阵性能 的迅 速提 高也推 动了 全固态 激光 器的迅 猛发 展。(4) 高速激光器高速激光

9、器可实现微波信号或数字信号在光纤中的传输，是高速光通信、高速数字信号传输、光纤延迟线、光控相控阵天线和机载雷达装置中光纤同步系统的理想光源。射频信号由SMA 插头经微带传输线加载到激光器上，产生调制光输出。2.5Gb/s ，1310nmDFB 激光器组件具有直接凋制动态单模特性，边模抑 制能力 强，数字 电信号 强度可调 制LD变成 光脉冲 在光纤 系统中传输。美、日、德等国的短波长激光器的调制频率已达到20G30GHz 以上。应变层量子阱激光器足新一代高速宽频带光源，根据理论讣算，应变InxCa1-x/As/InP/MQW LD的3dB本征带宽可达到 90GHz 。(5) 超辐射发光二极管大功率宽光谱超辐射发光二极管为弱相干光源，具有较大的光输出功率，光斑尺寸与激光光斑尺寸相近，作为光纤陀螺的光源，能有效地与单模光纤耦合，其大功率可提高系统信噪比；宽发射光谱可降低瑞利噪声，减小由偏振交叉耦合和克尔效应引起的相干误差，KEMET 从而提高陀螺的灵敏度和检测精度，采用八针蝶式SLD 光纤陀螺结构紧凑，功耗低，可靠性高。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -