半导体激光器讲解PPT课件.ppt
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1、关于半导体激光器讲解第一张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院21.1.光纤通信中的光源将电信号转换为光信号；有两种：半导体半导体激光激光二极管二极管（LD）；半导体半导体发光发光二极管二极管（LED）；要求：发射波长与光纤低损耗和低色散波长一致；在室稳下连续工作，低功耗，谱线窄；体积小，重量轻，使用寿命长；制造工艺简单，成本低，可靠性高；第二张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院32.2.半导体中光的发射和激射原理原子的能级结构：电子的量子化电子
2、的量子化：能量是离散值；原子的能级原子的能级：分立的能量值；基态（稳态）基态（稳态）：原子能量最低；激发态激发态：原子能量比基态高；半导体价带、导带、带隙：能级能级：分立的能量级；能带能带：单晶中各个原子的最外层轨道相互重叠；价带价带：与原子最外层轨道的价电子对应的能带；导带导带：价带上面的能带；带隙带隙：导带底Ec与价带顶Ev之差EgEg；（禁带宽度禁带宽度）第三张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院42.2.半导体中光的发射和激射原理(续）导体的Eg半导体Eg导体Eg=0；价带中电子激发激发至导带，留下空穴；临近电子
3、填补这个空穴，又留下另一个空穴；空穴产生位移；(统称载流子）导带中电子跃迁跃迁至价带，填补空穴，既复合复合；电子（-）、空穴（+）称为载流子；激发时电子吸收吸收能量，跃迁时电子辐射辐射能量；Eg=h第四张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院52.2.半导体中光的发射和激射原理(续）本征半导体（本征半导体（I I型）型）：杂质、缺陷极少的纯净、完整的半导体。电子半导体（电子半导体（N N型）型）：通过掺杂使电子数目大大地多于空穴数目的半导体。（GaAs-Te）空穴半导体（空穴半导体（P P型）型）：通过掺杂使空穴数目大大地
4、多于电子数目的半导体。（GaAs-Zn）在纯净的-族化合物中掺杂族元素（N型），或掺杂族元素（P型）第五张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院62.2.半导体中光的发射和激射原理(续）p-np-n结结：P型半导体和N型半导体结合的界面。第六张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院72.2.半导体中光的发射和激射原理(续）扩散扩散运动空间电荷势垒势垒自建电场自建电场VD D平衡平衡状态。费米能级费米能级E Ef f：描述电子能量状态分布的假象能级，Ef
5、 f以下的能级，电子占据的可能性大于1/2，空穴占据的可能性小于1/2；Ef f以上的能级，空穴占据的可能性大于1/2，电子占据的可能性小于1/2。掺杂掺杂：eVD DEg为轻掺杂，eVD DEg为重掺杂。在平衡状态下，P区和N区有统一的Ef f。正电压向V漂移漂移运动抵消一部分势垒（V-VD D）破坏平衡 P区和N区的Ef f分离（准费米能级）。第七张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院82.2.半导体中光的发射和激射原理(续）(Ef f)N N以下的能级，电子占据的可能性大于1/2，(Ef f)P P以上的能级，空穴
6、占据的可能性大于1/2。当正向电压足够大时，产生复合发光。第八张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院92.2.半导体中光的发射和激射原理(续）普朗克定律普朗克定律：基态到激发态的跃迁吸收一个光子，激发态到基态的跃迁发射一个光子，光子的能量为h=E2-E1。吸收激发吸收激发：E1基态的电子吸收吸收光子能量，激发到高能态E2；自发辐射自发辐射：E2能态的电子处于不稳定状态，自发返回基态E1，自发辐射自发辐射一个光子（位相随机）。受激辐射受激辐射：E2能态的电子处于不稳定状态，向下进入亚稳态，外来光子会激励电子向下跃迁到基态E
7、1，受激辐受激辐射射一个光子（位相相同）。第九张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院102.2.半导体中光的发射和激射原理(续）粒子数反转粒子数反转（光放大的必要条件）：仅当激发态的电子数大于基态中的电子数时，受激辐射超过吸收，要利用“泵浦（激励）”方法。有源区有源区：实现粒子数反转，对光具有放大作用的区域。光学谐振腔光学谐振腔：自发辐射光子 夹角大的逸出 受激辐射光子 全同光子第十张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院112.2.半导体中光的发射
8、和激射原理(续）第十一张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院122.2.半导体中光的发射和激射原理(续）谐振腔的三功能：光放大光放大、频率选择频率选择、正反馈正反馈。阈值阈值条件：增益必须大于损耗；相位平衡相位平衡条件：光波能因干涉而得到加强以形成正反馈（驻波）；fq 谐振频率，q 谐振波长，q 纵模第十二张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院132.2.半导体中光的发射和激射原理(续）频带加宽频带加宽：增益介质的增益-频率特性；第十三张，PPT共
9、五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院142.2.半导体中光的发射和激射原理(续）横模横模TEMmn ：激光振荡垂直于腔轴方向，平面波偏离轴向传播时产生的横向电磁场模式。第十四张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院153.3.半导体发光二极管LED利用半导体p-n结自发发光的器件。特点特点：温度特性好，输出线性较好，没有模式色散，驱动电路简单，寿命长。第十五张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子
10、信息学院163.3.半导体发光二极管LED(续）面发光二极管第十六张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院173.3.半导体发光二极管LED(续）边发光二极管第十七张，PPT共五十页，创作于2022年6月光纤通信基础00-10-10武汉大学 电子信息学院武汉大学 电子信息学院183.3.半导体发光二极管LED(续）技术参数：1.3m LED指 标参 数边发光面发光最小值典型值最大值典型值发射波长(m)1.221.301.321.3出纤功率(W)4050/640半高谱宽(nm)608085工作电流(mA)150响应时间(ns
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