【正文】 嚴(yán)格監(jiān)控各氣體的成分比率： H2O, O2, CO, CO2, NH3, NO2等； 用于管道檢測 天然氣管道成分、泄漏檢測。 GGC光腔的局限性： ? 脊形區(qū)對電流限制作用較弱，激光器閾值電流較大； ? 橫向尺寸對光波限制作用較弱，容易導(dǎo)致多模輸出； ? 線寬較大； ? 輸出曲線易形成彎折。 ww0 0 z d V ( z ) z 0 , z d,**,???? ?? ? ??z( z ) A s i n( k z )?? ? ? ?22zzmkE?00 w( z ) ( z d )? ? ? ? ? ?z 0 , k ( n 1 , 2 , 3 . . . )wnd??? ? ? ?2222 2zwEnmd ???電子的總能量是兩個能量分量之和： 2 2 222222n t z twE E E n km d m??? ? ? ?3 1 1D e c h h vE g E g ( E E ) ( E E )? ? ? ? ?2 2 222222n t z twE E E n km d m??? ? ? ?在第一子帶： 1212 1 1 e*eEFnB*ee B F nBm dEnEEexpkTm k T E Eln e x pkT?????? ?????????? ?? ????? ???? ???? ???????21 1eF n B *eBnE E k T l n e x pm k t?????? ? ?????????1122 1 1 hhlh*hhEFpB*lhEFpBm dEpEEexpkTm dEEEexpkT??????????????????????????1212p 1 1 hh*Fph h BBlh*Fplh BBEEm k Tln e x pkTEEm k Tln e x pkT???????? ???? ? ? ??????????????????? ?? ???? ? ? ????????? ??????(3) 量子阱 LD 1) 帶間輻射 (躍遷 ) 量子阱激光器與體材料激光器對比 e 1 c h h 1 v e f f ic ie n c y E E g ( E E ) ( E E )r a d ia tiv e? ?? ?? ? ? ?? e f f ic ie n c y E E gra d ia tiv e~? ??? ??? 輸出功率高 ? 線寬小 在能級 Ee1和 Ehh1上，載流子密度很高 在導(dǎo)帶底部 EC和 EV處，載流子密度較低 ? 輸出功率低 ? 線寬大 2) 阱寬 dW的選擇 1 321 E = E ( 1 0 s )E ??? ? ? ?2223 E2 *m dw??? ? ? ?n 0 p 0 m 0 0 7 , m 0 4 5**G a A s : . m . m??3 0 0 K d w ( n ) 2 5 n m d w ( p ) 1 0 n m,? ? ?以上討論的 LD性質(zhì)成立的條件 3) 光波限制因子 3 ( ~ 1 0 )Wd ? ? ? ? ? 為提高有源層載流子密度和器件注入效率，并增強(qiáng)光波限制因子，即提高對載流子和光子的限制作用，可采用梯度折射率的分離限制結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體內(nèi)部的大量電子，可以看成是彌 漫在半導(dǎo)體內(nèi)部的、具備二維自由度的氣 體，稱為二維電子氣。 1 .5 mp G a A s ???? 0 . 5 m p G a A s ??? 有 源 層l 1 .5 mp A G aA s ???? 3 ~ 4 mn A lG aA s ???? 90 mn G aAs ???? alloy?Au?? 閾值電流密度大為下降， Jth大約為 102103A/cm2； ? 所需電流降低，器件發(fā)熱小，可以在室溫條件下連續(xù)發(fā)光； ? 相對于有源層材料，有源區(qū)兩側(cè)的限制層帶隙大，但折射率低，因而對載流子和光波都有限制作用。 經(jīng)驗(yàn)公式： 溫度對激光器增益閾值的影響可由經(jīng)驗(yàn)公式表征： 00( ) e x p ( )t h t hJ T J T T?0 ( Ga A s L D ) ~ 120KT0 ( L on g L D ) ~ 5 0KT ?b）溫度對輸出頻譜的影響 pp , T ??? ? ? ? 溫度升高，輸出光的峰值波長會向長波長方向移動，即發(fā)生 “ 紅移 ” 。d）功率轉(zhuǎn)換效率 表示將輸入電功率轉(zhuǎn)換為輸出光功率的效率。 ? 對于在橫向尺寸上有限制的激光器，由于其對橫模限制作用較強(qiáng)，不會出現(xiàn)多個橫模依次滿足條件輸出的現(xiàn)象，在整個輸出曲線上只存在一次 “ 彎折 ” 。同樣，自發(fā)輻射因子越大，自發(fā)輻射過程就會產(chǎn)生更多的對受激輻射有貢獻(xiàn)的光子，同樣注入條件下，受激輻射更加強(qiáng)烈，因此輸出的光功率就越強(qiáng)。 隨著注入電流的增大，這幾個模式會越來越強(qiáng)，其他模式被削弱，最終輸出光譜中只包含了這幾個模式。因此，在注入電流不斷增加的過程中，峰值模式的增益首先達(dá)到閾值條件，最終克服腔體損耗，形成激光出射。 200,m DdS dndt dt??? ?22 ()( , )s p o n Dmc D mrRnSc g n En?????? ?2 1r ad 2D ms po n Dm cmJ g ( n ,E ) R ( n )e g ( n ,E ) ?????????? ?????? 在靜態(tài)條件下 (注入電流為直流電，不隨時間變化 ),光子面密度與載流子面密度都不隨時間變化，即 : 由上述條件，可得光子面密度和注入電流面密度如下： 如果能夠?qū)⒐庾用婷芏扰c注入電流面密度之間的函數(shù)關(guān)系找出來，就可以明確半導(dǎo)體激光器的輸出與輸入之間的關(guān)系。此增益乘以光子面密度，就是光子面密度在單位時間內(nèi)的增加值。分析激光器內(nèi)部的工作過程，可以從光子的速率方程入手： 光子密度的變化率 (單位時間光子密度的變化量 )= 受激輻射率 腔體損耗 +自發(fā)輻射中對激光輸出有貢獻(xiàn)的部分 ? ? ? 39。 【 例 】 一個 GaAs材料制作的 FP腔半導(dǎo)體激光器，其腔長為 L=200um， GaAs材料的折射率為 。 1 l n8F n c ccnnE E k TNN??? ? ?????1 l n8F p v vvppE E k TNN??? ? ?????III. 激光器結(jié)構(gòu)：光學(xué)諧振腔 1. FP（ FabryPerot）腔 限制層 限制層 粗糙面 激活層 輸出光 LI左右兩個側(cè)面為平行的拋光面 zyx FP腔的主要構(gòu)造： ? PN結(jié)結(jié)構(gòu)； ? 與 PN結(jié)面垂直的兩個鏡面； ? 電極及熱沉。在高能級的原子態(tài)并不穩(wěn)定，如果此時有光子從有源區(qū)穿過，則會激勵此高能原子，使電子由高能級躍遷回低能級，同時放出一個光子，此光子與引起輻射的光子在頻率、相位、方向上完全一致。 LED的輸出線寬大約比 LD的輸出線寬大 2個數(shù)量級，而其帶寬則比 LD帶寬小得多。無法用于高速、遠(yuǎn)距離通信，只能用于低速、短距離傳輸，例如局域網(wǎng)