激光二极管

激光二极管激光二极管半导体激光器 ——以半导体材料为工作物质来产生激光的激光器，波长范围为532～950nm 激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以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，是目前市场应用的主流产品。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，线性差、单色性不太好三种辐射一、处于高能态的粒子自发向低能态跃迁，称之为自发辐射；二、处于高能态的粒子在外...

激光二极管半导体激光器 ——以半导体材料为工作物质来产生激光的激光器，波长范围为532～950nm 激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以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，是目前市场应用的主流产品。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，线性差、单色性不太好三种辐射一、处于高能态的粒子自发向低能态跃迁，称之为自发辐射；二、处于高能态的粒子在外来光的激发下向低能态跃迁，称之为受激辐射；三、处于低能态的粒子吸收外来光的能量向高能态跃迁称之为受激吸收。自发辐射，即使是两个同时从某一高能态向低能态跃迁的粒子，它们发出光的相位、偏振状态、发射方向也可能不同受激辐射就不同，当位于高能态的粒子在外来光子的激发下向低能态跃迁，发出在频率、相位、偏振状态等方面与外来光子完全相同的光。在激光器中，发生的辐射就是受激辐射，它发出的激光在频率、相位、偏振状态等方面完全一样。任何的受激发光系统，既有受激辐射，也有受激吸收，而一般光源中都是受激吸收占优势，只有粒子的平衡态被打破，使高能态的粒子数大于低能态的粒子数（这样情况称为粒子数反转），才能发出激光产生激光的三个条件三个条件：实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件。粒子数反转，为了获得粒子数反转，通常采用重掺杂的P型和N型材料构成PN结，这样，在外加电压作用下，在结区附近，空穴和电子复合放出光子，也就是说未复合的空穴-电子对，为高能态离子，外加电压，PN结附近存在大量未复合的高能态离子，代表已粒子数反转注：重参杂说明空穴和电子多，浓度大满足阈值条件：损耗极小的谐振腔，谐振腔的主要部分是两个互相平行的反射镜，激活物质所发出的受激辐射光在两个反射镜之间来回反射，不断引起新的受激辐射，使其不断被放大。只有受激辐射放大的增益大于激光器内的各种损耗，即满足一定的阈值条件，才能输出稳定的激光 P1P2exp(2G - 2A) ≥ 1 （P1、P2是两个反射镜的反射率，G是激活介质的增益系数，A是介质的损耗系数，exp为常数）谐振条件：激光在谐振腔内来回反射，这些光束只有两两之间在输出端的相位差Δф =2qπ q=1、2、3、4……时，才能在输出端产生加强干涉，输出稳定激光。设谐振腔的长度为L，激活介质的折射率为N，则 Δф=（2π/λ）2NL=4πN(Lf/c)=2qπ，上式可化为f=qc/2NL，q=1、2、3、4…… 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。这说明谐振腔对输出的激光有一定的选频作用。注：1.光到反射镜，一部分折射出去，为输出的激光，一部分反射回去用来继续加强激光 2.电流大，未复合的空穴-电子对多，粒子处整体处于高能态，也就是粒子数反转，受激辐射多，激光功率大激光二极管的功率由电流大小决定简单原理当半导体的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区经过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通过半导体时，一旦经过已发射未复合的电子—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。如果注入电流足够大，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简单原理。波长分类不同材料做成的激光二极管发出不同波长的激光以激光二极管的波长及操作的功率分类，从短波长到长波长细分为以下四类。分类一. 390～550纳米︰此波段的激光二极管氮化铟镓/氮化铟镓/三氧化二铝或硒化锌两大材料系列所制成，其发光波长分别为390～440纳米与520纳米左右，最大的应用是在超高密度的储存系统，如：高分辨率的打印机或高密度DVD光驱等。分类二. 635～670纳米︰此波段的激光二极管主要用磷化铝铟镓／磷化铟镓/砷化镓材料所制成。5毫瓦以下的低操作功率激光二极管主要用在条形码阅读机、量测对准、激光指示器、及只读型光信息存取系统上，如：DVD-ROM光驱或数字式影碟机的应用。30毫瓦左右的中操作功率激光二极管用于可擦写型存取系统，如：DVD-R与DVD-RW烧录机。100毫瓦操作功率的激光二极管则用于激光打印机、固态激光激发源及医学上。分类三. 750～950纳米︰此波段的激光二极管主要用砷化铝镓／砷化镓材料所制成。5毫瓦以下的780纳米激光二极管是最早被大量生产的激光二极管，用在CD-ROM光驱、CD唱盘、CD游戏机等商品上。10毫瓦至1瓦的中级操作功率，30毫瓦的780纳米的激光二极管用于可擦写型存取系统，如：CD-R烧录机、可擦写式微光驱。500毫瓦至1瓦的808纳米激光二极管常做为钕钇铝石榴石激光的激励源，用在表演舞台的特殊效果。1瓦的高功率激光二极管，是用在激励大功率固态激光，以进行材料加工，或用于医学治疗上、数字印刷、艺术表演等。分类四. 980～1550纳米：此波段的激光二极管主要用砷化铝镓铟和砷磷化铟镓材料系列所制成，通常应用在长距离的光纤通讯，操作功率大于数10毫瓦至1瓦的激光二极管。其中最的是使用具有单模、稳频操作的1310纳米或1550纳米激光二极管，以做为光纤通讯的光源。，也用在光纤放大器的激发源的980纳米或1480纳米激光二极管。长距离光纤通讯朝向高传输速率及波长多任务系统发展，使用光纤放大器取代传统的电子式中继站正迅速发展。 LD是激光二极管放出激光 PD是光电二极管，可能是反馈电路的一部分，用来检测LD的输出光强公共端，一般同管子的金属外壳相连如何接线 N型：公共端接高电压，1、3脚接低电压，俗称共阴极 P型：公共端接低电压，2、3脚接高电压，俗称共阳极 M型：1脚接高电压，3脚接低电压注：光电二极管工作时需加反向电压，在光照的情况下，有反向电流

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