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半导体激光器工作原理及主要参数

发布时间:2023-11-30 08:33:07   来源:斯诺克直播吧

  ,又称激光二极管(LD),是一种利用半导体材料作为工作材料产生受激发射的激光器。

  常见的材料包括砷化镓(GaAs)、硫化镉(CDS)、磷化铟(INP)和硫化锌(ZnS)。有三种激发模式:电注入、电子束激发和光泵激发。半导体激光器一般可分为均匀结、单异质结和双异质结。同质结激光器和单异质结激光器主要是室温脉冲器件,而双异质结激光器可以在室温下连续工作。半导体激光器具有体积小、重量轻、工作可靠、能耗低、效率高、常规使用的寿命长、调制速度快等优点。

  因此,半导体激光器已大范围的应用于激光通信、光存储、光学陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检验测试仪器等领域。半导体激光器的工作原理是实现半导体材料能带(导带和价带)之间,或半导体材料能带与杂质能级(受主或施主)之间非平衡载流子的粒子数反转。当大量处于粒子数反转状态的电子与空穴结合时,将发生受激发射。半导体激光器有三种主要的激发方式:电注入、电子束激发和光泵激发。泵浦激励半导体激光器一般都会采用n型或p型半导体单晶(GaAs、InAs、InSb等)作为工作材料,利用其他激光器发出的激光作为光泵浦激励。目前,在半导体激光器中,双异质结电注入GaAs半导体激光器拥有非常良好的性能和广泛的应用。

  半导体光电子器件的工作波长和半导体材料的类型有关。半导体材料中有导带和价带。电子可以在导带上方自由移动,而空穴可以在价带下方自由移动。在导带和价带之间有一个禁带。当电子吸收光能并从价带跳到导带时,光能变成电能,带电能的电子从导带跳回到价带,此时,材料带隙的宽度决定光电器件的工作波长。

  低功率半导体激光器(信息激光器)大多数都用在信息技术领域,如用于光纤通信和光开关系统的分布式反馈和动态单模激光器(DFB-LD)、窄线宽可调谐激光器、,用于光盘和其他信息处理领域的可见波长激光器(405nm、532nm、635nm、650nm、670nm)。这一些器件具有单频窄线宽、高倍率、可调谐、短波长、光电单片集成等特点。高功率半导体激光器(高功率激光器)主要使用在于泵浦源、激光加工系统、印刷工业、生物医学等领域。

  阈值电流Ith:激光二极管开始产生激光振荡的电流,对小功率激光器而言其值约在数十毫安。

  工作电流Iop:激光二极管达到额定输出功率时的驱动电流,此值对于设计调试激光驱动电路较重要。

  垂直发散角θ⊥:激光二极管的发光带在与PN结垂直方向张开的角度,一般在15°~40°左右。

  水平发散角θ∥:激光二极管的发光带在与PN结平行方向张开的角度,一般在6°~ 10°左右。

  北京跃迁光电半导体激光器主要向两个方向发展:一是以传输信息为主的信息激光器;另一种是功率激光器,主要是提高光功率。在泵浦固体激光器等应用的推动下,大功率半导体激光器取得了突破性进展,半导体激光器的输出功率大幅度提高,千瓦级大功率半导体激光器在国外实现商业化,国内样品器件产量达到600W。未来半导体激光器的发展的新趋势主要是高速宽激光、高功率激光、短波长激光、中红外激光等。