【正文】 敏感 ， 特別是 Ith 。 第 52 頁(yè) X 模式性質(zhì) ?縱橫一沿軸向的分布狀態(tài) （ 垂直于 PN結(jié) ） 由半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)可知 ， 它是由一個(gè)諧振腔組成 （ 中間為激光物質(zhì) ） 。 張馳振蕩現(xiàn)象 ：激射后 ， 輸出光脈沖表現(xiàn)出衰減式的振蕩 。 第 63 頁(yè) X 瞬態(tài)性質(zhì) （ c） t1~ t2， n↓ ， s↑ ， 在 t= t2， n= nth ， smax。 如果調(diào)制速度很高 ， 脈沖間隔小于 τ sp ， 會(huì)使第二個(gè)電流脈沖到來(lái)時(shí)前一個(gè)電流脈沖注入的電子并沒(méi)有完全復(fù)合消失 ， 這些存儲(chǔ)的電子起到直流預(yù)偏置的作用 ， 使有源區(qū)里的電子密度高于脈沖到來(lái)前的值 ， 于是第二個(gè)光脈沖延遲時(shí)間減小 ， 輸出光脈沖的幅度和寬度增加 。 ， 不存在諧振腔 ，在發(fā)光過(guò)程中 PN結(jié)也 不一定需要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) ； PN結(jié)處勢(shì)壘， P區(qū)和 N區(qū)的載流子各向?qū)Ψ綌U(kuò)散，在結(jié)區(qū)和擴(kuò)散區(qū)的非平衡載流子將復(fù)合發(fā)光。 在實(shí)際使用中也可以不進(jìn)行溫度控制 ， 以短波長(zhǎng) GaAlAs發(fā)光二極管為例 ， 其輸出功率隨溫度的變化率約為 。 P0——入射的光功率 ? ?xo epxp )(1)( ?????)(xp)(?? m? 某種材料制作的光電二極管，對(duì)光波長(zhǎng)的響應(yīng)有一定的范圍， Si光電二極管的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍從大約 ~ ，適用于短波長(zhǎng)波段。 4． 2． 4 光電檢測(cè)器的主要技術(shù)指標(biāo) ?響應(yīng)度 R 定義一光電檢測(cè)器的平均輸出電流 IP與其平均入射光功率 P0之比。 倍增噪聲，互不相關(guān)。 光電二極管 Cd – 結(jié)電容 A——結(jié)區(qū)面積 ε ——介電常數(shù) w——耗盡區(qū)厚度 Rs – 串聯(lián)電阻，可忽略 Cd 和負(fù)載電路的時(shí)間常數(shù)限制了器件的響應(yīng)速度。 第 92 頁(yè) X 4． 2． 3雪崩光電二極管 APD PIN存在的問(wèn)題 1。 第 81 頁(yè) X PD管的工作原理 +外加反向電場(chǎng)， PN結(jié)間電位勢(shì)壘加強(qiáng) PN結(jié)上，并且光子的能量大于禁帶寬度，那么價(jià)帶的電子可以吸收光子能量而躍過(guò)到導(dǎo)帶上去，結(jié)果在導(dǎo)帶和價(jià)帶之間就產(chǎn)生光生的電子 ——空穴時(shí)， N區(qū)漂移，空穴向 P區(qū)漂移，形成光生電流，從而把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 。 譜寬 : 材料 發(fā)射譜線(xiàn)寬度 GaAlAs 300~500A0， InGaAsP 600~1200A0 ， 光在光纖中傳輸時(shí)材料色散和波導(dǎo)色散較嚴(yán)重 。 作為變頻干擾現(xiàn)象 ， 不希望發(fā)生 。 電光延遲過(guò)程發(fā)生在閥值以下 ， 此時(shí)受激輻射過(guò)程可以忽略 ， 只考慮自發(fā)輻射 ， 可得電光延遲時(shí)間的表達(dá)式為： τ sp——自發(fā)復(fù)合壽命 j——注入電流密度 jth——閥值電流密度 jo——預(yù)偏置電流密度 thmmspd jjjjt???0ln?mjjj ?? 0第 67 頁(yè) X 瞬態(tài)性質(zhì) 減小電光延遲時(shí)間的途徑應(yīng)是設(shè)法加大注入電流 ， 具體的方法就是對(duì)激光器 加直流預(yù)偏置電流 ， 使在脈沖到來(lái)之前已將有源區(qū)里的電子密度提高到一定的程度 ， 從而使脈沖到來(lái)時(shí) ，有源區(qū)的電子密度很快便達(dá)到閥值 ， 從而大大減少電光延遲時(shí)間 ， 而且使張馳振蕩也得到一定程度的抑制 。 I(注入電流 ） t （ a） n（ 電子密度 ） nth t （ b） s（ 光子密度 ） s 0 td t1 t2 t3 t（ c） 激光器瞬態(tài)過(guò)程 第 61 頁(yè) X （ a） 0~ td ， 有 I， n↑ ， 無(wú) S， 當(dāng) t= td時(shí) ， n= nth ， 有光 。 若只含 1個(gè)模式 ， 則稱(chēng)為單模激光器 ， 實(shí)際的輸出是具有一定寬度的模式 。 譜線(xiàn)寬度 ——光譜范圍內(nèi)輻射強(qiáng)度最大值下降 50%處所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的寬度 。 第 43 頁(yè) X 只有 I Ith 時(shí) ， 才有激光輸出 。 第 37 頁(yè) X 雙異質(zhì)結(jié) （ DH） 激光器 ： 1） 帶隙差形成的勢(shì)壘對(duì)載流子有限制作用 ， 阻止有源區(qū)的載流子逃離出去 。 半導(dǎo)體激光器的發(fā)光原理 第 29 頁(yè) X 半導(dǎo)體激光器的發(fā)光原理 在自建電場(chǎng)的作用下 ， 電子與空穴發(fā)生 漂移運(yùn)動(dòng) ， 其方向正好與其擴(kuò)散方向相反 ， 當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí) ， PN結(jié)空間電荷區(qū)的自建電場(chǎng) ，便在 P型和 N型半導(dǎo)體兩部分之間形成電位差或電位勢(shì)壘 ， 稱(chēng)為 接觸電位差 ， 以 VD表示 ， P區(qū)相對(duì)于 N區(qū)的電位差為 VD， 即 P區(qū)中所有電子 ，都具有一個(gè)附加的電位能 eVD， 反映在能帶圖上 ， 使整個(gè) P區(qū)的能帶升高 eVD， 如下圖 （ a） 。 半導(dǎo)體激光器的發(fā)光原理 第 23 頁(yè) X 受激輻射速率 Rste=Wst*N2 受激吸收速率 Rsta=Wst*N1 N2N1， 受激輻射主導(dǎo)地位 ， 光場(chǎng)波迅速增強(qiáng) ， 此時(shí)的 PN結(jié)區(qū)成為對(duì)光場(chǎng)有放大作用的區(qū)域 ， 從而形成激光發(fā)射 。 )( fpW st ?? 發(fā)光機(jī)理 第 18 頁(yè) X 受激吸收 當(dāng)晶體中有光場(chǎng)存在時(shí) ， 且光子能量處在價(jià)帶某能級(jí) Ej上的電子在感應(yīng)光場(chǎng)的作用下 ， 可能吸收一個(gè)光子而躍遷到導(dǎo)帶某能級(jí) Ei， 這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為光的受激吸收過(guò)程 。 第 11 頁(yè) X 四．價(jià)帶和導(dǎo)帶中能級(jí)的躍遷 —— 光躍遷 原子中的電子和外界交換能量： 熱躍遷 電子躍遷中和外界交換的能量是熱運(yùn)動(dòng)的能量 。 ? 以硅原子為例 ， 原子中共有 14個(gè)電子環(huán)繞帶正電荷的原子核旋轉(zhuǎn) ， 14個(gè)電子運(yùn)動(dòng)的軌道是有區(qū)別的 ， 各代表不同的量子態(tài) 。這個(gè)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：當(dāng)有光照射時(shí) ， 有電流產(chǎn)生 ， 沒(méi)有光照射時(shí) ， 無(wú)電流產(chǎn)生 ，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為光電效應(yīng) 。 光子是光的最基本單位 ， 它的能量由光的頻率決定 ， 并且只能作為一個(gè)整體 ， 一次性地被吸收或產(chǎn)生 。 導(dǎo)帶 價(jià)帶上面鄰近的空帶 （ 自由電子占據(jù)的能帶 ） 。 N2——晶體處于導(dǎo)帶中的電子數(shù)密度 ， rsp——自發(fā)輻射概率 ， 與導(dǎo)帶被電子占據(jù)的概率和價(jià)帶空著的概率之積成正比 特點(diǎn)： 自發(fā)輻射的光是一種非相干光 各列光波的波長(zhǎng)并不完全一致 2. NrR spsp ? 發(fā)光機(jī)理 第 15 頁(yè) X 受激輻射 當(dāng)晶體中有光場(chǎng)存在 ， 且光子能量 hf= EiEj （ Ei和 Ej分別為導(dǎo)帶和價(jià)帶上的能級(jí) ） 時(shí) ， 處于導(dǎo)帶 Ei能級(jí)的電子在光場(chǎng)感應(yīng)下躍遷到價(jià)帶 Ej能級(jí)上 ， 同時(shí)發(fā)射一個(gè)和感應(yīng)光子一模一樣的光子 ，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為光的受激輻射 。 2） 激光二極管工作在正向偏置下 。 天然解理面： 在 PN結(jié)兩端 ， 按照晶體的天然晶面切割成相互平行且很光滑的平面 。 （ Ec） N(Ev)P→ 電子占據(jù) 三． 發(fā)射波長(zhǎng) 半導(dǎo)體材料的禁帶寬度決定了激光器的發(fā)射波長(zhǎng) ，即發(fā)射的光子： hEf gcv ?gcv Ech ???gcv E?? 短波長(zhǎng)： GaAlAs和 GaAs材料構(gòu)成異質(zhì)結(jié)構(gòu) . 長(zhǎng)波長(zhǎng)： GaAlAs和 GaAs材料構(gòu)成激光器 . 第 34 頁(yè) X 四． 半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)與分類(lèi) 垂直于 PN結(jié) 按垂直于 PN結(jié)方向的結(jié)構(gòu)不同 ， 半導(dǎo)體激光器可分為同質(zhì)結(jié)激光器 、 單異質(zhì)結(jié)激光器 、雙異質(zhì)結(jié)激光器和量子激光器 。 第 38 頁(yè) X 量子（ QW）激光器 與普通的雙異質(zhì)結(jié)激光器的結(jié)構(gòu)基本相同，只是 有源區(qū)的厚度很薄 ，通常 DH激光器的有源區(qū)一般為 1000~2022埃，而量子井激光器的源區(qū)僅幾百埃，這樣，窄帶隙的有源區(qū)為導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶的空穴創(chuàng)造了一個(gè) 勢(shì)能井 ，使激光器閥值電流很低，輸出功率相當(dāng)高。 (1)外微分量子效率 η d T↑ ， η d↓ GaAlAsLD 絕對(duì)溫度 77(196oc) η d = 300(+270) η d = (2)閥值電流 Ith T↑ ， Ith↑ （ 按指數(shù)規(guī)律 ） Θ ：絕對(duì)溫度 ， θ 0 ：特征溫度 ， I0：常數(shù) LD 注入電功率 光功率 結(jié)區(qū)熱能 ——結(jié)溫 ↑ 影響 Ith ↑ 、 η d↓ )/ex p ( 0???? oth II第 47 頁(yè) X P（ mw） 200C 400C