半導(dǎo)體激光器原理

1. 半導(dǎo)體激光器原理—簡(jiǎn)介

半導(dǎo)體激光器是指以半導(dǎo)體材料為工作物質(zhì)的激光器，又稱半導(dǎo)體激光二極管(LD)，

是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種激光器。半導(dǎo)體激光器具有體積小，重量輕，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，耗電少，效率高等有點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光纖通信、光盤、激光打印機(jī)、激光掃描器、激光指示器(激光筆)，軍事領(lǐng)域，如激光制導(dǎo)跟蹤、激光雷達(dá)、激光引信、光測(cè)距、激光通信電源、激光模擬wu器等。

2. 半導(dǎo)體激光器原理—基本結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體激光器一種在電流注入下能夠發(fā)出相干輻射光(相位相同、波長(zhǎng)基本相同、強(qiáng)度較大)的光電子器件，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。外形及大小與小功率半導(dǎo)體三極管差不多，僅在外殼上多一個(gè)激光輸出窗口。夾著結(jié)區(qū)的P區(qū)與N區(qū)做成層狀，結(jié)區(qū)厚為幾十微米，面積約小于1mm2。

3. 半導(dǎo)體激光器原理—產(chǎn)生原理

半導(dǎo)體激光器是一種相干輻射光源，主要是依靠注入載流子工作的，要使它能產(chǎn)生激光，必須具備三個(gè)基本條件：

1) 通過(guò)高濃度參雜PN結(jié)的正向注入形成載流子分布發(fā)轉(zhuǎn)，使受激輻射占優(yōu)勢(shì)，即高能態(tài)粒子數(shù)足夠的大于處于低能態(tài)的粒子數(shù);

2) 有一個(gè)合適的諧振腔能夠起到反饋?zhàn)饔茫故芗ぽ椛涔庾釉錾瑥亩a(chǎn)生激光震蕩;

3) 正向電流密度達(dá)到或者超過(guò)閥值，即增益至少等于損耗，以使光子增益等于或大于光子的損耗。

簡(jiǎn)單來(lái)講，工作三要素：受激光輻射、諧振腔、增益大于等于損耗。

4. 半導(dǎo)體激光器原理—工作原理

半導(dǎo)體激光器工作原理是通過(guò)一定的激勵(lì)方式，在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶(導(dǎo)帶與價(jià)帶)之間，或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)(受主或施主)能級(jí)之間，實(shí)現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用，產(chǎn)生激光。半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激勵(lì)的方式主要有以下三種，即電注入式、光泵式和高能電子束激勵(lì)式：

1) 電注入式半導(dǎo)體激光器一般是由GaAS(砷化鎵)、InAS(砷化銦)、Insb(銻化銦)等材料制成的半導(dǎo)體面結(jié)型二極管，沿正向偏壓注入電流進(jìn)行激勵(lì)，在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。

2) 光泵浦激勵(lì)式半導(dǎo)體激光器一般用N型或P型半導(dǎo)體單晶(GaAS、InAs、InSb等)作為工作物質(zhì)，以其它激光器發(fā)出的激光作光泵激勵(lì)。

3) 高能電子束激勵(lì)式半導(dǎo)體激光器一般用N型或者P型半導(dǎo)體單晶(PbS、CdS、ZhO等)作為工作物質(zhì)，通過(guò)由外部注入高能電子束進(jìn)行激勵(lì)。