半导体激光器主要性能参数定义

1、半导体激光器 1. P-I特性及阈值电流 P-I特性揭示了 LD输出光功率与注入电流之间的变化规律，因此是 LD最重 要的特性之一。 典型的激光器P-I曲线 由P-I曲线可知，LD是阈值型器件，随注入电流的不同而经历了几个典型 阶段。 ?当注入电流较小时，有源区里不能实现粒子数反转，自发辐射占主导地位, LD发射普通的荧光，光谱很宽，其工作状态类似于一般的发光二极管。 ?随着注入电流的加大，有源区里实现了粒子数反转，受激辐射开始占主导 地位，但当注入电流仍小于 阈值电流时，谐振腔里的增益还不足以克服损 耗，不能在腔内建立起一定模式的振荡，LD发射的仅仅是较强的荧光， 称为“超辐射”状态。 ?只

2、有当注入电流达到阈值以后，才能发射谱线尖锐、模式明确的激光，光 谱突然变窄并出现单峰（或多峰） 2. 激光器线宽 半导体的激光器的线宽是多少？有的用nm表示，有的用Hz表示，计算公 式是什么？经常会提到激光器的线宽 0.0001 nm换算成“ Hz”是多少赫兹啊? 线宽即为激光某一单独模式的光谱宽度，一般表达形式：nm, Hz, cm-1。 该参数与激光本身的波长由关系。 HJV 841B43 X （niH） 例：比如波长为1064nm,线宽0.1 nm,贝U换算为Hz单位: 3 108 109 10642 0.1 2.65 1010 26.5GHz 精选 3. 边模抑制比（SSR） 边模抑制

3、比是指在发射光谱中，在规定的输出功率和规定的调制（或CW）时 最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。 边模抑制比示意图 4. 振汤腔 AR HR 谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频 率和方向的光加以抑制。凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外 ；沿轴线 运动的光子将在腔内继续前进，并经两反射镜的反射不断往返运行产生振荡， 运 行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射， 沿轴线运行的光子将不断增殖，在腔 内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，这就是激光。为把激光引出腔 外，可把一面反射镜做成部分透射的， 透射部分成为可利用的激光，反射部分留 在腔内继续增殖光

4、子。 光学谐振腔的作用有：提供反馈能量，选择光波的方向和频率。谐振腔 内可能存在的频率和方向称为本征模。 两反射镜的曲率半径和间距（腔长）决定 了谐振腔对本征模的限制情况。不同类型的谐振腔有不同的模式结构和限模特 性。 5. 三种类型的QCL 按振荡腔设计的差异，QCL可以分为三大类： 图1 : QC激光器的基本结构包括 FP-QCL （上图）、DFB-QCL （中图）和ECqcL （下图）。增益介质显示 为灰色，波长选择机制为蓝色，镀膜面为橙色，输岀光束为红色。 FP-QCL：最简单的结构是F-P （法布里-珀罗）腔激光器（FP-QCL）。在F-P 结构中，切割面（天然理解面）为激光提供反馈

5、，有时也使用介质膜以优化输出。 DFB-QCL :第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅。这种结构（DFB- QCL ）可以输出较窄的光谱，但是输出功率却比 FP-QCL结构低很多。通过最大 范围的温度调谐，DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐（通过缓慢的温度调谐 获得1020cm-1的调谐范围，或者通过快速注入电流加热调谐获得 23cm-1的范 围）。 图中光栅的周期为A，称为栅距。 只有满足下式的那些特定波长的光才会受到强烈反射，从而实现动态单纵模 工作。式也称为分布反馈条件（一般 m取1）。 2 EcqcL:将QC芯片和外腔结合起来，形成ECqcL。这种结构既可以提供窄光谱 输出，

6、又可以在QC芯片整个增益带宽上（数百cm-1）提供快调谐（速度超过 10ms）。由于ECqcL结构使用低损耗元件，因此它可在便携式电池供电的条件下 高效运作。 6. 三种类型的光通信激光器 在常用的三种激光中，FP激光比DFB激光容易产生，但FP激光的光线较 宽（1 nm），波长的温度漂移也较大（0.5nm/C），因此不适用于高速和/或远程应 用。 DFB激光的光线则相对较窄（0.04nm）,波长对温度的漂移也较小（0.1 nm / C ），因此就比较适合高性能的通信应用。但 DFB 激光也有缺陷。首先，它工 作在1500nm波段时很容易产生啁啾，因此通常需要外加调制器 （在1300nm波段 此局限并不重要 ）；其次，它没有 FP 或 VCSEL 激光那样容易产生，而且所需的 阈值电流也比VCSEL激光大。 VCSEL激光的优点是线宽较窄（0.35nm且波长对温度漂移较小（0.06nm / C）0另外，VCSEL激光的阈值电流也较小（1mA）,在相同的输出功率下，它比 DFB激光和FP激光的效率更高，而且不象 DFB激光那样容易产生啁啾。因而， 即使速度为10Gbps的数据也可以直接采用 VCSEL激光调制。最后，比起其它 激光，制造和调整准直 VCSEL 都比较容易，这样就能够生产低成本基于 VCSEL 的收发器。这些特性看起来足以