激光器及光發(fā)射機(jī)(編輯修改稿)
2025-08-16 00:31 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ? ?? ?? ?mAdImWdPmdIdPEqqIdhPdge ???? 8 0 6 ???（對(duì) GaALAs材料） 2. 外微分量子效率 ?e： ? 內(nèi)量子效率 ?i是衡量激光二極管把電子－空穴對(duì)（注入電流）轉(zhuǎn)換成光子能力的一個(gè)參數(shù)。 ? 與 ?e不同的的是， ?i與激光二極管的幾何尺寸無(wú)關(guān)，是評(píng)價(jià)激光二極管半導(dǎo)體晶片質(zhì)量的主要參數(shù)。 ? ?i和 ?e既又關(guān)系又有差別。 ?i是 激光二極管把電子－空穴對(duì)（注入電流）轉(zhuǎn)換成光子（光）效率的直接表示，但要注意，并非所有光子都出射成為輸出光，有些光子由于各種內(nèi)部損耗而被重新吸收。 ?e是激光二極管把電子－空穴對(duì)（注入電流）轉(zhuǎn)換成輸出光的效率象征。 ?e總是比 ?i小 。 內(nèi)量子效率 ?i= 有源區(qū)內(nèi)每秒鐘產(chǎn)生的光子數(shù) 有源區(qū)內(nèi)每秒鐘注入的電子 空穴對(duì)數(shù) 3. 內(nèi)量子效率 ?i： ? T0LD的特征溫度，與器件的材料、結(jié)構(gòu)等有關(guān)。 T0代表 Ith對(duì)溫度的靈敏度，也可解釋為激光二極管的熱穩(wěn)定性。較高的 T0意味著當(dāng)溫度快速增加時(shí)，激光二極管 Ith增加不大。 對(duì)于 GaAs/GaALAs LD T0=100~150K；InGaAsP/InPLD T0=40~70K。 不同溫度下的 P－ I曲線 4. 溫度特性： 溫度升高時(shí)性能下降，閾值電流隨溫度按指數(shù)增長(zhǎng)。 ? ?00 e x p TTII th ? LD的模式特性首先取決于光腔的三個(gè)線度（橫向、側(cè)向、縱向的尺寸）及介質(zhì)特性。通常腔內(nèi)能存在許多模式，但只有獲得凈增益（滿足閾值條件）的那些模式才能被激勵(lì)，它的頻率才會(huì)出現(xiàn)在輸出光中。在實(shí)際應(yīng)用中， 模式的穩(wěn)定性和線寬 是對(duì)系統(tǒng)性能影響較大的兩個(gè)參量。 LD工作在基橫模時(shí)，相干性最好，因此要求 LD在設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)上 保證基橫模工作 。根據(jù)基橫模的條件通過(guò)對(duì)光載流子的橫向以及垂直向限制、減小有源區(qū)寬度和厚度等措施可以實(shí)現(xiàn) LD的基橫模工作。 (詳見(jiàn)《激光原理》 ) 二、半導(dǎo)體激光器的模式特性 激光器縱模的概念： 激光器的縱模反映激光器的光譜性質(zhì)。對(duì)于半導(dǎo)體激光器，當(dāng)注入電流低于閾值時(shí)，發(fā)射光譜是導(dǎo)帶和價(jià)帶的自發(fā)發(fā)射譜，譜線較寬；只有當(dāng)激光器的注入電流大于閾值后，諧振腔里的增益才大于損耗，自發(fā)發(fā)射譜線中滿足駐波條件的光頻率才能在諧振腔里振蕩并建立起場(chǎng)強(qiáng)，這個(gè)場(chǎng)強(qiáng)使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的能級(jí)間產(chǎn)生受激輻射，而其他頻率的光卻受到抑制，使激光器的輸出光譜呈現(xiàn)出以一個(gè)或幾個(gè)模式振蕩，這種振蕩稱之為激光器的縱模。 I=67mA P= I=75mA P= I=100mA P=10mW I=95mA P=6mW I=80mA P=4mW 隨著電流增加，主模的增益增加，而邊模的增益減小，縱模數(shù)減少，一個(gè)模式開(kāi)始占優(yōu)勢(shì)，直到出現(xiàn)單個(gè)窄線寬的光譜為止。 縱模數(shù)隨注入電流而變： 在眾多的縱模中，只有那些頻率落在增益介質(zhì)的增益曲線范圍內(nèi)，且增益大于損耗的那些腔模才能在 LD的輸出中存在。 譜線特性： 在縱向，光波以駐波形式振蕩。 諧振頻率（正入射） : nLcmf2?m正整數(shù)； L腔長(zhǎng)； n材料折射。 相鄰縱模的頻率間隔 : 增益曲線： ?????? ???2202)(e x p)0()(???? gg?0增益譜中心波長(zhǎng)，由增益介質(zhì)的能級(jí)差決定； ?增益譜寬，由增益介質(zhì)內(nèi)原子熱運(yùn)動(dòng)（多普勒加寬）和原子碰撞（均勻加寬）造成； g(0)正比于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的最大增益 nLcf2?? 峰值波長(zhǎng)隨溫度變化： 半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)隨結(jié)區(qū)溫度而變化。當(dāng)結(jié)溫升高時(shí)，半導(dǎo)體材料的禁區(qū)帶寬變窄，因而使激光器發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)移向長(zhǎng)波長(zhǎng)。 InGaAsP/InP激光器的發(fā)射波長(zhǎng)隨注入電流漂移的情況，此激光器沒(méi)加溫度控制，由于電流的熱效應(yīng)，使結(jié)溫度升高，從而使發(fā)射波長(zhǎng)漂移。 動(dòng)態(tài)譜線展寬： 動(dòng)態(tài)譜線展寬對(duì)高速光纖通信非常不利，各種動(dòng)態(tài)單模激光器已得到迅速發(fā)展 ?DFB LD及 DBR LD。 對(duì)激光器進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制會(huì)使發(fā)射譜線增寬，振蕩模數(shù)增加。這是因?yàn)閷?duì)激光器進(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，注入電流不斷變化，使有源區(qū)里載流子濃度隨之變化，進(jìn)而導(dǎo)致折射率隨之變化，激光器的諧振頻率發(fā)生漂移，動(dòng)態(tài)譜線展寬。 調(diào)制速率越高，調(diào)制電流越大，譜線展寬的越多。 激光器的發(fā)射光譜隨調(diào)制電流變化的情況 動(dòng)態(tài)單模半導(dǎo)體激光器： ?實(shí)現(xiàn) LD單縱模工作的方法： ?采用短腔結(jié)構(gòu)， 增大相鄰縱模間隔 ,使增益譜線范圍內(nèi)只有一個(gè)譜線存在，短腔制造困難， LD輸出功率低。 ?采用波長(zhǎng)選擇反饋， 使不同的縱模有不同的損耗，包括：分布反饋結(jié)構(gòu)和耦合腔結(jié)構(gòu)。 ?單縱模 LD的性能通常由 邊模抑制比（ MSR） 來(lái)表征，定義為 MSR=Pmm/Psm Pmm為主模功率； Psm為最大邊模功率。 一個(gè)較好的單縱模 LD，
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