激光器及光發(fā)射機(jī)ppt課件-在線瀏覽
2025-06-18 08:54本頁面
【正文】 子系統(tǒng)的三種躍遷 h? E2 E1 自發(fā)發(fā)射躍遷 E2 E1 受激吸收躍遷 h? h? E2 E1 受激發(fā)射躍遷 h? h? 受激發(fā)射的光子與原光子具有相同的波長、相位和傳播方向 自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射的特點 ? 自發(fā)發(fā)射的同時總伴有受激發(fā)射發(fā)生。 ? 當(dāng)外界給系統(tǒng)提供能量時，如采用光照（即光泵）或電流注入（即電泵），打破熱平衡狀態(tài)，大量粒子處于高能級，即 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 后，在發(fā)光束方向上的受激發(fā)射比自發(fā)發(fā)射的強(qiáng)度大幾個數(shù)量級。 光在兩個反射鏡之間往返多 次過程中，得到放大。 ? 振幅條件 ? 相位條件： ?mnL ?2n有源層折射率； L腔長 m任意整數(shù)； ?波長 滿足相位條件的頻率有無限多個，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分立值。為了維持單模，減小光譜展寬，需研究動態(tài)單模激光器 ?DFB LD及 DBR LD（ 光纖通信最有前途的實用化器件） 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：沿激光長度方向放置一個窄的條形電極，將注入電流限制在一個窄條里。 折射率導(dǎo)引半導(dǎo)體激光器，引入折射率差。 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(jī)構(gòu)是由有源區(qū)波導(dǎo)上的 Bragg光柵提供的。 ? 用泵浦（光泵浦或電泵浦）激發(fā)，造成足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)， ?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(zhì)中來回反射，得到不斷的加強(qiáng)和增長。由于有源波導(dǎo)的增益特性和無源周期波導(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。 二維激光器陣列 第三章 激光器及光發(fā)射機(jī) 半導(dǎo)體激光器 法布里 珀羅型激光器 FP LD 分布反饋激光器 DFB LD 分布 Bragg反射型激光器 DBR LD 量子阱激光器 QW LD 垂直腔面發(fā)射激光器 VCSEL 半導(dǎo)體激光器的工作特性 光發(fā)射機(jī) 半導(dǎo)體激光器的工作特性 ? 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。 ? 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。 一、半導(dǎo)體激光器的 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。 1. 閾值電流 Ith： 開始發(fā)射受激發(fā)射的電流值。 ?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 表示激光器件把注入的電子－空穴對（注入電荷）轉(zhuǎn)換成從器件發(fā)射的光子（輸出光）的效率。 ? 一個把 100％注入電流轉(zhuǎn)換成輸出光的理想假設(shè)器件 (即器件沒有以熱形式消耗 )，在理論上應(yīng)具有 100％的 ?e。 ? 與 ?e不同的的是， ?i與激光二極管的幾何尺寸無關(guān)，是評價激光二極管半導(dǎo)體晶片質(zhì)量的主要參數(shù)。 ?i是 激光二極管把電子－空穴對（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總是比 ?i小 。 T0代表 Ith對溫度的靈敏度，也可解釋為激光二極管的熱穩(wěn)定性。 對于 GaAs/GaALAs LD T0=100~150K；InGaAsP/InPLD T0=40~70K。 ? ?00 e x p TTII th ? LD的模式特性首先取決于光腔的三個線度（橫向、側(cè)向、縱向的尺寸）及介質(zhì)特性。在實際應(yīng)用中， 模式的穩(wěn)定性和線寬 是對系統(tǒng)性能影響較大的兩個參量。根據(jù)基橫模的條件通過對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現(xiàn) LD的基橫模工作。對于半導(dǎo)體激光器，當(dāng)注入電流低于閾值時，發(fā)射光譜是導(dǎo)帶和價帶的自發(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強(qiáng)，這個場強(qiáng)使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的能級間產(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)出以一個或幾個模式振蕩，這種振蕩稱之為激光器的縱模。 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。 諧振頻率（正入射） : nLcmf2?m正整數(shù)； L腔長； n材料折射。當(dāng)結(jié)溫升高時，半導(dǎo)體材料的禁區(qū)帶寬變窄，因而使激光器發(fā)射光譜的峰值波長移向長波長。 動態(tài)譜線展寬： 動態(tài)譜線展寬對高速光纖通信非常不利，各種動態(tài)單模激光器已得到迅速發(fā)展 ?DFB LD及
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