【文章內容簡介】 折射率 +?~0 .1 m有源區(qū)eV2eV2電子空穴量子限制激光器 ? 除雙異質結 LD 對載流子進行限制外， ? 還有另外一種完全不同的對載流子限制的方式。這就是對電子或空穴允許占據能量狀態(tài)的限制，這種激光器叫做量子限制激光器。 ? 它具有閾值低，線寬窄，微分增益高，以及對溫度不敏感，調制速度快和增益曲線容易控制等許多優(yōu)點。 量子阱激光器 QW LD 特點： ?低閾值電流 ?高輸出功率 ?窄線寬 ?頻率啁啾改善 ?調制速率高 ? 有源區(qū)厚度薄 1~10nm（ FP腔 100~200nm） ? 周期結構，將窄帶隙的很薄的有源區(qū)夾在寬帶隙的半導體材料之間，形成勢能阱 ? 多個勢能阱 多量子阱（ MQW）， 單個勢能阱 單量子阱（ SQW） 分布 Bragg反射型激光器 DBR LD ? DBR LD的周期性溝槽不在有源波導表面上，而是在有源層波導兩外側的無源波導層上，這兩個無源的光柵波導充當 Bragg反射鏡的作用。由于有源波導的增益特性和無源周期波導的 Bragg發(fā)射，只有在 Bragg頻率附近的光波才能滿足振蕩條件，從而發(fā)射出激光。 GaAs/AlGaAs DBR激光二極管 布拉格 Bragg（ 1890~1971） ? 澳大利亞出生的英國物理學家， 25歲時發(fā)明了有名的布拉格方程，獲得了諾貝爾獎 分布反饋激光器 DFB LD ? DFB LD同 FP LD的主要區(qū)別： DFB LD沒有集總的諧振腔反射鏡，它的反射機構是由有源區(qū)波導上的 Bragg光柵提供的。 ? 分布式反饋 ?非常好的單色性和方向性 DFB LD基本工作原理 ? 在有源區(qū)介質表面上使用全息光刻法做成周期性的波紋形狀 。 ? 用泵浦（光泵浦或電泵浦）激發(fā)，造成足夠的粒子數反轉， ?具備增益條件 ? 只有波長滿足“ Bragg反射條件 ”的光波才能在介質中來回反射，得到不斷的加強和增長 DFB LD已成為中長距離光纖通信應用的主要激光器 2Bemn???垂直腔表面發(fā)射激光器 ? 垂直腔表面發(fā)射激光器（ VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser） ? 顧名思義，它的光發(fā)射方向與腔體垂直，而不是像普通激光器那樣，與腔體平行。這種激光器的光腔軸線與注入電流方向相同。 第四章 光源與光發(fā)送機 光源的工作特性 LED工作特性 LD工作特性 表面發(fā)光 邊發(fā)光 電流 I/mA 發(fā)射光功率 P/mw 0 100 200 300 400 500 沒有閾值 ；驅動電流較小時 ， PI特性呈線性； I過大時 ， 由于 PN結發(fā)熱產生飽和現象 ， 使 PI特性曲線斜率減小 。 通常 LED的工作電流為 50～ 100mA， 輸出光功率為幾 mW ，由于發(fā)光光束輻射角大 ， 入纖光功率只有幾百 μW 。 LED工作特性 1. P－ I特性 ? 發(fā)射波長： ? 光譜特性： ? 譜線寬度 —— 光譜特性中最大功率的一半對應的波譜寬度 。 記為 。 譜線寬度越大 ， 與波長相關的色散就越大 。 ? 發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光 ， 沒有光學諧振腔對波長的選擇 ， 譜線寬 ， 短波長 LED譜線寬度為 25～ 40nm。 長波長 LED的譜線寬度為 50～ 100nm。 1 . 2 4 (ggghc E e VEE? ? ? ? 用 時 有 此 關 系 ）??LED 的頻率響應為： 式中， 為調制頻率， 是對應于調制頻率的輸出光功率， 為少數載流子（電子）的壽命，定義 為發(fā)光二極管的截止頻率 最高調制頻率應低于截止頻率 。 ( 0 )( ) ( 5 3 )12 ePPff????? 3. 調制特性 f )( fPe?31 ( 5 4 )2dB ef?????3dBf? LED的頻率響應曲線 τe = τe = τe = 調制頻率 f/MHz 頻率響應 10 100 1000 10 P(f)4. 溫度特性 ? 溫度增加會使 LED總體性能下降，平均發(fā)送光功率下降，噪聲增大，工作波長紅移，導致附加損耗增大。 ? 總體上 LED對溫度的依賴型小于 LD。所以不需要自動溫度控制 ATC電路，故而系統(tǒng)較簡單。 LD的工作特性 ? 激光器件的絕對最大額定值： ? 光輸出功率 （ Po和 Pf）： 從一個未損傷器件可輻射出的最大連續(xù)光輸出功率。 Po是從器件端面輸出的光功率， Pf是從帶有尾纖器件輸出的光功率。 ? 正向電流 （ IF）： 可以施加到器件上且不產生器件損傷的最大連續(xù)正向電流。 ? 反向電壓 （ VR）： 可以施加到器件上且不產生器件損傷的最大方向電壓。 P－ I特性 典型的 P－ I曲線 P－ I曲線： 激光二極管的總發(fā)射光功率 P與注入電流I的關系曲線。 隨注入電流增加，激光二極管首先是漸漸地增加自發(fā)發(fā)射，直至開始發(fā)射受激發(fā)射。 1) 閾值電流 Ith： 開始發(fā)射受激發(fā)射的電流值。 閾值電流與腔的損耗、尺寸、有源區(qū)材料和厚度等因素有關。 ?IIth， 自發(fā)輻射，發(fā)出的是非相干光 ?IIth， 受激輻射，發(fā)出的是相干光 LD的閾值電流達到初始值的 時壽命告終 表示激光器件把注入的電子－空穴對（注入電荷）轉換成從器件發(fā)射的光子（輸出光）的效率。是一個以百分數（％）度量的性能系數。 ? 一個把 100％注入電流轉換成輸出光的理想假設器件 (即器件沒有以熱形式消耗 )，在理論上應具有 100％的 ?d。 ? ?d可從 PI特性的斜率（閾值以上） dP/dI求得： ? ? ? ?? ?0 . 8 0 6 5d d P m WP h e P mI e h I d I m A?? ? ????? ? ???（對 GaALAs材料） 2) 外微分量子效率 ?d： 在直流驅動下，發(fā)射波長只有符合振蕩相位條件 的波長才存在。這些波長取決于激光器縱向長度 L，并稱為激光器的縱模 2 nL q??? LD的縱模 縱模反應 LD光譜的性質 導帶 價帶 禁帶 ? 半導體的能帶 自發(fā)輻射光譜 ? 縱模間隔 ? 2nl =q? ? 2nl =(q+1)(????q) ??q: 縱模間隔 ??q???? q1 LD的譜線 (縱模 ) ? ? ?? ??q P ?0 多縱模 ? LD的譜線 (縱模 ) ?? ?0 P ? 單縱模 I=Ith I= I=2Ith ? 縱模數隨注入電流 (直流 )變化 隨