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詳解激光二極管的振蕩波長和激光的形狀

時間：2024-12-16 08:50:30

關鍵字：激光二極管二極管

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[導讀]激光二極管包括單異質結(SH)、雙異質結(DH)和量子阱(QW)激光二極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低，輸出功率高的優(yōu)點，是市場應用的主流產品。

二極管" target="_blank">激光二極管包括單異質結(SH)、雙異質結(DH)和量子阱(QW)激光二極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低，輸出功率高的優(yōu)點，是市場應用的主流產品。同激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長的優(yōu)點，但其輸出功率小(一般小于2mW)，線性差、單色性不太好，使其在有線電視系統(tǒng)中的應用受到很大限制，不能傳輸多頻道，高性能模擬信號。在雙向光接收機的回傳模塊中，上行發(fā)射一般都采用量子阱激光二極管作為光源。

產生激光的三個條件是：實現(xiàn)粒子數(shù)反轉、滿足閾值條件和諧振條件。產生光的受激發(fā)射的首要條件是粒子數(shù)反轉，在半導體中就是要把價帶內的電子抽運到導帶。為了獲得粒子數(shù)反轉，通常采用重摻雜的P型和N型材料構成PN結，這樣，在外加電壓作用下，在結區(qū)附近就出現(xiàn)了粒子數(shù)反轉—在高費米能級EFC以下導帶中貯存著電子，而在低費米能級EFV以上的價帶中貯存著空穴。實現(xiàn)粒子數(shù)反轉是產生激光的必要條件，但不是充分條件。要產生激光，還要有損耗極小的諧振腔，諧振腔的主要部分是兩個互相平行的反射鏡，激活物質所發(fā)出的受激輻射光在兩個反射鏡之間來回反射，不斷引起新的受激輻射，使其不斷被放大。只有受激輻射放大的增益大于激光器內的各種損耗，即滿足一定的閾值條件：P1P2exp(2G - 2A) ≥ 1(P1、P2是兩個反射鏡的反射率，G是激活介質的增益系數(shù)，A是介質的損耗系數(shù)，exp為常數(shù))，才能輸出穩(wěn)定的激光，另一方面，激光在諧振腔內來回反射，只有這些光束兩兩之間在輸出端的相位差Δф =2qπ q=1、2、3、4。時，才能在輸出端產生加強干涉，輸出穩(wěn)定激光。設諧振腔的長度為L，激活介質的折射率為N，則Δф=(2π/λ)2NL=4πN(Lf/c)=2qπ，上式可化為f=qc/2NL該式稱為諧振條件，它表明諧振腔長度L和折射率N確定以后，只有某些特定頻率的光才能形成光振蕩，輸出穩(wěn)定的激光。這說明諧振腔對輸出的激光有一定的選頻作用。

半導體是導電性能介于導電的“導體”和不易導電的“絕緣體(非導體)”之間的物質。導體包括鐵、金等金屬物質，絕緣體包括橡膠、玻璃等物質。半導體可以通過使其導電或不導電來控制電流。另外，在某些使用方式下，還可以在光能和電能之間進行能量轉換。

通常，二極管的元件主要由硅(Si)制成。硅(Si)是最典型的半導體材料。硅以“硅石(SiO2：主要成分是二氧化硅的石頭”的形式存在于自然界中，是一種資源豐富的材料。因其易于加工而被廣泛應用于很多半導體產品中。

硅(Si)作為半導體材料，本來是絕緣體，幾乎沒有作為載流子的自由電子。因此，通過向硅(Si)中添加其他雜質來提高硅(Si)中的載流子濃度，從而提高其電導率。像這樣通過添加雜質來增加載流子的半導體被稱為“雜質半導體”。載流子包括自由電子和自由空穴，其中使自由電子載流子增加的半導體稱為“n型半導體”，使自由空穴載流子增加的半導體稱為“p型半導體”。

* p型半導體(+：positive，空穴多的半導體)、n型半導體(-：negative，電子多的半導體)

二極管的元件是p型半導體和n型半導體連接的結構，稱為“pn結”。p型半導體的引腳稱為“陽極”，n型半導體的引腳稱為“陰極”，電流是從陽極流向陰極的。

振蕩波長 (λ)

振蕩波長用符號λ表示，單位是nm(納米)。

由有源層結晶材料具有的禁帶寬度和芯片結構參數(shù)的共振器長度決定。

共振器長度存在很多候選振蕩波長，但禁帶寬度周圍增益最大的波長發(fā)生振蕩。

如果結區(qū)(有源層)溫度上升，則共振器長度發(fā)生物理伸長或折射率變大，如果殼體溫度及光輸出增大，則振蕩波長將變長。