【正文】 ?? ?0 P ? 單縱模 I=Ith I= I=2Ith ? 縱模數(shù)隨注入電流 (直流 )變化 隨注入電流增大，縱模數(shù)減少。 ? 一個(gè)把 100％注入電流轉(zhuǎn)換成輸出光的理想假設(shè)器件 (即器件沒(méi)有以熱形式消耗 )，在理論上應(yīng)具有 100％的 ?d。 ?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(dá)到初始值的 時(shí)壽命告終 表示激光器件把注入的電子－空穴對(duì)（注入電荷）轉(zhuǎn)換成從器件發(fā)射的光子（輸出光）的效率。 1) 閾值電流 Ith： 開(kāi)始發(fā)射受激發(fā)射的電流值。 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(guān)系曲線。 ? 正向電流 （ IF）： 可以施加到器件上且不產(chǎn)生器件損傷的最大連續(xù)正向電流。 LD的工作特性 ? 激光器件的絕對(duì)最大額定值： ? 光輸出功率 （ Po和 Pf）： 從一個(gè)未損傷器件可輻射出的最大連續(xù)光輸出功率。 ? 總體上 LED對(duì)溫度的依賴型小于 LD。 1 . 2 4 (ggghc E e VEE? ? ? ? 用 時(shí) 有 此 關(guān) 系 ）??LED 的頻率響應(yīng)為： 式中， 為調(diào)制頻率， 是對(duì)應(yīng)于調(diào)制頻率的輸出光功率， 為少數(shù)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(diào)制頻率應(yīng)低于截止頻率 。 ? 發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光 ， 沒(méi)有光學(xué)諧振腔對(duì)波長(zhǎng)的選擇 ， 譜線寬 ， 短波長(zhǎng) LED譜線寬度為 25～ 40nm。 記為 。 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 。這種激光器的光腔軸線與注入電流方向相同。 ? 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(zhì)表面上使用全息光刻法做成周期性的波紋形狀 。由于有源波導(dǎo)的增益特性和無(wú)源周期波導(dǎo)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。 ? 它具有閾值低，線寬窄，微分增益高，以及對(duì)溫度不敏感，調(diào)制速度快和增益曲線容易控制等許多優(yōu)點(diǎn)。 ? 為進(jìn)一步降低閾值電流 ， 提高發(fā)光效率 ， 提高與光纖的耦合效率 ， 常常使有源區(qū)尺寸盡量減小 ， 通常 w =10 ?m， d = ?m, L=100 ~ 400 ?m 同質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié) LD能級(jí)圖及光子密度分布的比較 雙異質(zhì)結(jié)光子密度能量G aA sG aA s激光PNhv( 0 .1 ~ 1 ) %折射率同質(zhì)結(jié)光子密度Eg( a ) ( b )dPNN+P+ +PG aA sG aA s G aA l A sG aA sG aA l A s導(dǎo)帶價(jià)帶E g’有源區(qū)EgEcEv= 1 . 4EcEveV= eV2Ec?5%? n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(zhì)結(jié) LD 對(duì)載流子進(jìn)行限制外， ? 還有另外一種完全不同的對(duì)載流子限制的方式。在雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，有三種材料，有源區(qū)被禁帶寬度大、折射率較低的介質(zhì)材料包圍。 ? 為了提高激光器的功率和效率，降低同質(zhì)結(jié)激光器的閾值電流，人們研究出了異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體激光器。 普通 F－ P LD 外形圖 dL Ldpnnpxyz光np pnL光 光w電流電流電流電流I I I I光L(a ) 同質(zhì)結(jié)構(gòu) (b ) 雙異質(zhì) 結(jié)構(gòu)(c ) 掩埋 雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(d ) 表面發(fā)射 LED 結(jié)構(gòu)幾種 LD的結(jié)構(gòu) 同 質(zhì) 結(jié) 構(gòu) LD ? 同質(zhì)結(jié)構(gòu)只有一個(gè)簡(jiǎn)單 PN結(jié)，且 P 區(qū)和 N 區(qū)都是同一物質(zhì)的半導(dǎo)體激光器。 折射率導(dǎo)引半導(dǎo)體激光器，引入折射率差。為了維持單模，減小光譜展寬，需研究動(dòng)態(tài)單模激光器 ?DFB LD及 DBR LD（ 光纖通信最有前途的實(shí)用化器件） F－ P LD的結(jié)構(gòu) 很難將光導(dǎo)引到光纖 增益導(dǎo)引半導(dǎo)體激光器：沿激光長(zhǎng)度方向放置一個(gè)窄的條形電極，將注入電流限制在一個(gè)窄條里。 ? 振幅條件 ? 相位條件： 2 nL m ??n有源層折射率； L腔長(zhǎng) m任意整數(shù)； ?波長(zhǎng) 滿足相位條件的頻率有無(wú)限多個(gè)，只有那些在譜線中心附近的頻率才能滿足振蕩條件，所以激光器的振蕩頻率只能取有限個(gè)分立值。 光在兩個(gè)反射鏡之間往返多 次過(guò)程中，得到放大。 ? 工作物質(zhì) （即能實(shí)現(xiàn)粒子躍遷的晶體材料，如 GaAs和InGaAsP銦 磷砷化鎵 ） ? 外界供給能量 ?滿足 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) （常采用電流注入法） FP諧振腔 ? 只有增益介質(zhì)而無(wú)光學(xué) 反饋裝置，不能形成激光。 ? 激光器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)受激發(fā)射的光振蕩放大器。當(dāng)諧振腔內(nèi)的前向和后向光波發(fā)生相干時(shí)，就保持振蕩，形成和腔體端面平行的等相面駐波。 LR 1R 2反射波相互干涉M1M2反射鏡反射鏡ABab 半導(dǎo)體激光器 LD ? FP LD是最常見(jiàn)最普通的 LD. ? 鍍有反射鏡面的光學(xué)諧振腔只有在特定的頻率內(nèi)能夠儲(chǔ)存能量，這種諧振腔就叫做法布里 珀羅（ FabryPerot）光學(xué)諧振器。 有源區(qū)里實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后，受激發(fā)射占據(jù)了主導(dǎo)地位，但是，激光器初始的光場(chǎng)來(lái)源于導(dǎo)帶和價(jià)帶的自發(fā)輻射，頻譜較寬，方向也雜亂無(wú)章。 ? 按結(jié)構(gòu)分類 ： FP LD、 DFB LD、 DBR LD、 QW LD、 VCSEL ? 按波導(dǎo)機(jī)制分類 ：增益導(dǎo)引 LD和折射率導(dǎo)引 LD ? 按性能分類 ：低閾值 LD、 超高速 LD、 動(dòng)態(tài)單模 LD、 大功率 LD ? 按結(jié)構(gòu)分類 ：同質(zhì)結(jié)：只有一個(gè) PN結(jié)且 P區(qū)和 N區(qū)為同一物質(zhì)；單異質(zhì)結(jié)（ LH）：由兩種不同材料 (如 GaAs和GaAlAs)構(gòu)成的 PN結(jié)；雙異質(zhì)結(jié)（ DH） :有三種材料，有源區(qū)被禁帶寬度大、折射率較低的介質(zhì)材料包圍 。 ? LED分為表面發(fā)光型和邊發(fā)光型 ， 邊發(fā)光型 LED的驅(qū)動(dòng)電流較大 ， 輸出光功率小 ， 但光束發(fā)射角小 ， 與光纖的耦合效率高 ， 故入纖光功率比表面發(fā)光型 LED高 。 大多采用雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu) ， 把有源層夾在 P型和 N型限制層間 ， 但沒(méi)有光學(xué)諧振腔 ， 故無(wú)閾值 。 ? 分布反饋半導(dǎo)體激光器（ DFBLD）主要也和單模光纖或特殊設(shè)計(jì)的單模光纖耦合，用于 ，這是目前光纖通信發(fā)展的主要趨勢(shì)。 ? LED通常和多模光纖耦合，用于 、短距離的光通信系統(tǒng)。 ? 在高速、大容量的光纖通信系統(tǒng)中主要采用 半導(dǎo)體激光器 LD作光源。 ? LED的主要工作原理對(duì)應(yīng)光的自發(fā)輻射過(guò)程，因而是一種 非相干光源 。 ? 主要差別： ? 發(fā)光二極管輸出非相干光（自發(fā)輻射）； ? 半導(dǎo)體激光器輸出相干光（受激輻射