固體激光器ppt課件-資料下載頁(yè)
2025-05-06 22:05本頁(yè)面
【正文】 222121222222222128ln21 )(ln21888cedrrLaJννfrrLaGJedννfcνGνftννfνAνGeItn L w d??????????????????????????????????????????????????內(nèi)閾內(nèi)復(fù)合復(fù)合 當(dāng)正向電流密度 J達(dá)到閾值 J閾 后形成激光。 數(shù)值例： GaAs P－ N 結(jié)激光器 21216A / cm1 5 0 m2 cm40ln21 M H z103???????? ?閾總JdrrLav?? 同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器 : 與二極管相同，也具有單向?qū)щ娦?，如圖 (5－ 29)所示。 一、 同質(zhì)結(jié)砷化鎵 (GaAs)激光器的特性 圖 (529) GaAs激光器的伏安特性 : 影響閾值的因素很多 ? ? 22221 8]ln2 1[ c vedvrrLaJ ??? ??內(nèi)閾 顯然，降低 J閾 的值是提高半導(dǎo)體水平的關(guān)鍵，經(jīng)研究人們發(fā)現(xiàn) J閾 與以下因素有關(guān)： （ 1）與激光器的具體結(jié)構(gòu)及制備工藝有密切關(guān)系，不同器件 a總 值差異很大； （ 2） J閾 ∝ 1/L，即閾值電流密度與腔長(zhǎng) L成反比； （ 3） J閾 與工作溫度的關(guān)系十分密切； （ 4） J閾 與反射率 r1r2有關(guān)，通常兩個(gè)反射面都是天然解理面，故 r1 =r2 =。當(dāng)腔長(zhǎng)轉(zhuǎn)短時(shí)，若 1／ 2L比 a總 小或接近，一個(gè)端面鍍金反膜會(huì)使 J閾 明顯降低，但當(dāng)腔長(zhǎng) L較長(zhǎng)時(shí)， J閾 的降低就不很明顯了。 : 圖 (530)給出了半導(dǎo)體激光束的空間分布示意圖。 圖 (530) 激光束的空間分布示意圖 :圖 (531)是 GaAs激光器的發(fā)射光譜。其中圖 (a)是低于閾值時(shí)的熒光光譜，譜寬一般為幾百埃，圖 (b)是注入電流達(dá)到或大于閾值時(shí)的激光光譜，譜寬達(dá)幾十埃。 因?yàn)榘雽?dǎo)體激光器的諧振腔短小 ,所以激光束的方向性較之其他典型的激光器要差很多。 而且由于有源區(qū)厚度很薄 ,有源區(qū)的條寬比厚度大很多倍 ,所以在垂直于結(jié)的方向和平行于結(jié)均方向的光束發(fā)散角是不對(duì)稱的 ,前者要大數(shù)倍。 GaAs的激射光譜線寬比固體和氣體激光器要寬。這是因?yàn)榘雽?dǎo)體產(chǎn)生激光時(shí) ,粒子反轉(zhuǎn)分布并不是在兩個(gè)分立的能級(jí)之間 ,而是在導(dǎo)帶和價(jià)帶之內(nèi)。每個(gè)能帶都包含了許多級(jí) ,這就使復(fù)合發(fā)光的光子能量有一個(gè)較寬的能量范圍。由于增益譜線寬 ,其發(fā)射光譜的單色性就要差一些。 實(shí)際的激光器發(fā)射光譜的結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的 ,光譜寬度隨注入電流增加而變寬 ,一般可從零點(diǎn)幾納米到幾納米范圍內(nèi)變化。同時(shí) ,半導(dǎo)體激光器的光譜隨溫度而變化。當(dāng)溫度升高時(shí) ,激光的峰值波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。對(duì) GaAs同質(zhì)結(jié)器件 ,峰值波長(zhǎng)在77K時(shí)為 ,300K時(shí)為 。 外微分量子效率 ηD : ViiPeiih νPeiih νPPththDththD )()()( )( ???????? ??功率效率 ηP :功率效率定義為激光器的輸出功率與輸入電功率之比 2P SPiV i R? ? ? 5．轉(zhuǎn)換效率 半導(dǎo)體激光器所用的轉(zhuǎn)換效率常用 “ 功率效率 ” 和 “ 量子效率 ” 來(lái)度量。 P—— 輸出功率 Pth —— 閾值發(fā)射光功率 hv——發(fā)射光子能量 i——正向電流 ith —— 正向閾值電流 e——電子電量 V——正向偏壓 RS—— 激光器串聯(lián)內(nèi)阻 一般同質(zhì)結(jié)激光器在室溫下的功率效率僅有百分之幾。為了提高功率效率應(yīng)盡可能減小內(nèi)阻。 二、 異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器 理論分析及實(shí)驗(yàn)研究表明，同質(zhì)結(jié)激光器難以得到低閾值電流和實(shí)現(xiàn)室溫連續(xù)工作。為此 ,在同質(zhì)結(jié)的基礎(chǔ)上發(fā)展了異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器 ,從而大大提高了半導(dǎo)體激光器的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 如圖（ 532）所示 ,對(duì)于 GaAs類(lèi)半導(dǎo)體激光器 ,由同種材料 —— GaAs構(gòu)成的 pn結(jié)即為同質(zhì)結(jié)。若一側(cè)為 GaAs,而另一側(cè)為 GaAlAs所構(gòu)成的結(jié)為 異質(zhì)結(jié) , 若個(gè)半導(dǎo)體激光器僅有一個(gè)異質(zhì)結(jié)則稱為單異質(zhì)結(jié) (SH)激光器 ,兩個(gè)異質(zhì)結(jié)構(gòu)為雙異質(zhì)結(jié) (DH)激光器。 圖 (532) 同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖 從提高半導(dǎo)體激光器的性能要求出發(fā) ,對(duì)異質(zhì)結(jié)兩側(cè)的材料有如下技術(shù)要求 : (1)要求兩種材料的晶格常數(shù)盡可能相等 ,若在結(jié)合的界面處有缺陷 ,載流子將在界面 處復(fù)合掉 ,不能起到有效的注入、放大和發(fā)光的作用 。 (2)為了獲得較高的發(fā)光效率 ,要求 GaAlAs材料是豎直躍遷型的 。 (3)為了獲得高勢(shì)壘 ,要求兩種材料的禁帶寬度有較大的差值。 Thank you for your attention!
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