半导体激光器又称激光二极管,是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于物质结构上的差异,不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。 半导体激光器件,可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件,而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体二极管激光器是Z实用Z重要的一类激光器。它体积小、寿命长,并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容,因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点,半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。
半导体激光器工作原理
根据固体的能带理论,半导体材料中电子的能级形成能带。高能量的为导带,低能量的为价带,两带被禁带分开。引入半导体的非平衡电子-空穴对复合时,把释放的能量以发光形式辐射出去,这就是载流子的复合发光。
一般所用的半导体材料有两大类,直接带隙材料和间接带隙材料,其中直接带隙半导体材料如GaAs(砷化镓)比间接带隙半导体材料如Si有高得多的辐射跃迁几率,发光效率也高得多。
半导体复合发光达到受激发射(即产生激光)的必要条件是:①粒子数反转分布分别从P型侧和n型侧注入到有源区的载流子密度十分高时,占据导带电子态的电子数超过占据价带电子态的电子数,就形成了粒子数反转分布。②光的谐振腔在半导体激光器中,谐振腔由其两端的镜面组成,称为法布里一珀罗腔。③高增益用以补偿光损耗。谐振腔的光损耗主要是从反射面向外发射的损耗和介质的光吸收。半导体激光器工作原理是激励方式,利用半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发光,用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜,组成谐振腔,使光振荡、反馈,产生光的辐射放大,输出激光。
半导体激光器产品分类
(1)异质结构激光器(2)条形结构激光器(3)GaAIAs/GaAs激光器(4)InGaAsP/InP激光器(5)可见光激光器(6)远红外激光器(7)动态单模激光器(8)分布反馈激光器(9)量子阱激光器(10)表面发射激光器(11)微腔激光器
半导体激光器主要参数:
1.波长nm:激光器工作波长,例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。
2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.监控电流Im :激光二极管在额定输出功率时在PIN管上流过的电流。
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