激光二极管参数与原理及使用

随着技能和工艺的成长,当前实际运用的半导体激光二极管具有庞杂的多层结构。
  常用的激光二极管有两种:①PIN光电二极管。它在收到光功率产生光电流时,会带来量子噪声。②雪崩光电二极管。它能够提供内部放大,比PIN光电二极管的传输距离远,但量子噪声更大。为了取得良好的信噪比,光检测器件后面须连接低噪声预放大器和主放大器。
  半导体激光二极管的工作原理,理论上与气体激光器相似。
  激光二极管本质上是一个半导体二极管,按照PN结材料能不能相似,能够把激光二极管分为同质结、单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低,输出功率高的优点,是当前市场运用 的主流产品。同激光器相比,激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点,但其输出功率小(通常小于2mW),线性差、单色性不太好,使其在有线电视系统中的运用 受到很大限定,不能 传输多频道,高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模块中,上行发射通常都采用量子阱激光二极管作为光源。
  半导体激光二极管的常用参数有:
  (1)波长:即激光管工作波长,当前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。
  (2)阈值电流Ith :即激光管开始产生激光振荡的电流,对通常小功率激光管而言,其值约在数十毫安,具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。
  (3)工作电流Iop :即激光管达到额定输出功率时的电流,此值对于设计调试激光驱动电路较主要。
  (4)垂直发散角θ⊥:激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度,通常在15?~40?左右。
  (5)水平发散角θ∥:激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度,通常在6?~ 10?左右。
  (6)监控电流Im :即激光管在额定输出功率时,在PIN管上流过的电流。

(P1、P2是两个反射镜的反射率,G是xx介质的增益系数,A是介质的损耗系数,exp 为常数),才能输出稳定的激光,另一方面,激光在谐振腔内来回反射,只有这些光束两两之间在输出端的相位差Δф =2qπ q=1、2、3、4。。。。时,才能在输出端产生增强干涉,输出稳定激光。设谐振腔的长度为L,xx介质的折射率为N,则
  Δф=(2π/λ)2NL=4πN(Lf/c)=2qπ,
  上式可化为f=qc/2NL该式称为谐振条件,它表明谐振腔长度L和折射率N确定以后,只有某些特定频率的光才能形成光振荡,输出稳定的激光。这表明谐振腔对输出的激光有必须的选频作用。
  二、激光二极管本质上是一个半导体二极管,按照PN结材料能不能相似,能够把激光二极管分为同质结、单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低,输出功率高的优点,是当前市场运用 的主流产品。同激光器相比,激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点,但其输出功率小(通常小于2mW),线性差、单色性不太好,使其在有线电视系统中的运用 受到很大限定,不能 传输多频道,高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模块中,上行发射通常都采用量子阱激光二极管作为光源。
  半导体激光二极管的基本结构如图所示,垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里——珀罗谐振腔,它们能够是半导体晶体的解理面,也可以够是经历抛光的平面。其余两侧面则相对粗糙,用以xx主方向外其它方向的激光作用。
  半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体的PN结加有正向电压时,会削弱PN结势垒,迫使电子从N区经PN结注入P区,空穴从P区经历 PN结注入N区,这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合,从而发射出波长为λ的光子,其公式如下:
  λ = hc/Eg (1)
  式中:h—普朗克常数; c—光速; Eg—半导体的禁带宽度。
  上述由于电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的光子议决半导体时,一旦经历已发射的电子—空穴对附近,就能激励二者复合,产生新光子,这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。假如注入电流足够大,则会形成和热平衡状态相反的载流子分布,即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下,少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射,造成选频谐振正反馈,或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时,就可从PN结发出具有良好谱线的相干光——激光,这就是激光二极管的基本原理。

随着技能和工艺的成长,当前实际运用的半导体激光二极管具有庞杂的多层结构。
  常用的激光二极管有两种:①PIN光电二极管。它在收到光功率产生光电流时,会带来量子噪声。②雪崩光电二极管。它能够提供内部放大,比PIN光电二极管的传输距离远,但量子噪声更大。为了取得良好的信噪比,光检测器件后面须连接低噪声预放大器和主放大器。
  半导体激光二极管的工作原理,理论上与气体激光器相似。
  激光二极管本质上是一个半导体二极管,按照PN结材料能不能相似,能够把激光二极管分为同质结、单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低,输出功率高的优点,是当前市场运用 的主流产品。同激光器相比,激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点,但其输出功率小(通常小于2mW),线性差、单色性不太好,使其在有线电视系统中的运用 受到很大限定,不能 传输多频道,高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模块中,上行发射通常都采用量子阱激光二极管作为光源。
  半导体激光二极管的常用参数有:
  (1)波长:即激光管工作波长,当前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。
  (2)阈值电流Ith :即激光管开始产生激光振荡的电流,对通常小功率激光管而言,其值约在数十毫安,具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。
  (3)工作电流Iop :即激光管达到额定输出功率时的电流,此值对于设计调试激光驱动电路较主要。
  (4)垂直发散角θ⊥:激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度,通常在15?~40?左右。
  (5)水平发散角θ∥:激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度,通常在6?~ 10?左右。
  (6)监控电流Im :即激光管在额定输出功率时,在PIN管上流过的电流。


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