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半导体激光 编辑
半导体激光(Semiconductor laser)在1962年被成功激发,在1970年实现室温下连续输出。后来经过改良,开发出双异质接合型激光及条纹型构造的激光二极管(Laser diode)等,广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器(激光笔),是生产量最大的激光器。
中文名:半导体激光
外文名:Semiconductor laser
开发时间:1962
应用:光纤通信、光盘等
构造及材料
半导体激光器在基本构造上,它属于半导体的P-N接面,但激光二极管是以金属包层从两边夹住发光层(有源层),是“双异质结接合构造”。而且在激光二极管中,将界面作为发射镜(谐振腔)使用。在使用材料方面,有镓(Ga)、砷(As)、铟(In)、磷(P)等。此外在多量子阱型中,也使用Ga·Al·As等。
半导体激光模组
由于具有条状结构,即使是微小电流也会增加活性区域的电子数反转密度,
优点是激发容易呈现单一形式,而且,其寿命可达10~100万小时。
具备条件
半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件:
增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布。在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注人必要的载流子来实现,将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。
要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜。对F-p腔(法布里一拍罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与P一n结平面相垂直的自然解理面构成F一P腔。
为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的损耗,不断增加腔内的光场。这就必须要有足够强的电流注入,即有足够的粒子数反转,粒子数反转程度越高,得到的增益就越大,即要求必须满足一定的电流阀值条件。当激光器达到阀值,具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大,最后形成激光而连续地输出。可见在半导体激光器中,电子和空穴的偶极子跃迁是基本的光发射和光放大过程对于新型半导体激光器而言,人们公认量子阱是半导体激光器发展的根本动力。量子线和量子点能否充分利用量子效应的课题已延至本世纪,科学家们已尝试用自组织结构在各种材料中制作量子点,而GaInN量子点已用于半导体激光器。另外,科学家也已经做出了另一类受激辐射过程的量子级联激光器,这种受激辐射基于从半导体导带的一个次能级到同一能带更低一级状态的跃迁,由于只有导带中的电子参与这种过程,因此它是单极性器件。
通常激光器封装形式主要包括单管、Bar条、阵列(Stack)、光纤耦合模块四种形式,其中光纤耦合模块主要用作光纤激光器的泵浦光源。
半导体激光器优点是体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。
半导体激光器封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的,但却有很大的特殊性。一般情况下,分立器件的管芯被密封在封装体内,封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而半导体激光器封装则是完成输出电信号,保护管芯正常工作、输出可见光的功能。既有电参数,又有光参数的设计及技术要求,无法简单地将分立器件的封装用于半导体激光器。
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