半导体激光器输出特性的影响因素

1、半导体激光器输出特性的影响因素半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应 用。下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的 输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。1.波长半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的, 量近似等于禁带宽度Eg(eV)。c这个能hf = Egf (Hz)和入(卩m)分别为发射光的频率和波长且c=3 X 108m/s , h=6.628 x 10-34 J - s, leV=1.60 x 10-19 J1.24(、(m) Eg(eV)决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导

2、体材料 和温度。不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg,因而有不同的发射波长入：GaAIAs-GaAs材料适用于0.85卩m波段，InGaAsP-lnP材料适用于1.31.55卩m波段。温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。2.光功率半导体激光器的输出光功率PPthdhf(I Ith)e其中I为激光器的驱动电流，Pth 微分量子效率；hf为光子能量；hf、e为常数，Pth很小可忽略。由此可知，输出光功率主要取决于Ith外，P-i曲线表示。当外加正向电流达到某一数值时，输这个电流称为阈值电流，用Ith表示。当激励电也无法达到谐振条件，以自发辐射为主，输出功I Ith时，有源区不仅有粒子数

3、反转，而且达到了谐振P-I曲线是线性变化的。对为激光器的阈值功率；Ith为激光器的阈值电流；n d为外 e为电子电荷。驱动电流I、阈值电流 以及外微分量子效率n do驱动电流是可随意调节的， 因此这里主要讨论后两者。 除此之 温度也是影响光功率的重要因素。1)阈值电流 半导体激光器的输出光功率通常用 出光功率急剧增加，这时将产生激光振荡， 流1 Ith时，有源区无法达到粒子数反转， 率很小，发出的是荧光；当激励电流 条件，受激辐射为主，输出功率急剧增加，发出的是激光，此时 于激光器来说，要求阈值电流越小越好。5* 0. -? o -? Q 5- 亠 43 3 2 2110Mu-j d ss0?

4、()/ 100150I 弁电ArL/ iil(”)00 20 40 60 SOTft电流八U1A他)扎据半廿体激光器的光功率特性(a)坷波 LAlGaAstaAs (b) tC;波 t I th 后，发射光谱突然变窄，谱线中心强度急剧增加，表明发出激光，如图（b）所示。855OA(b)高丁值时当驱动电流达到阈值后， 随着驱动电流的增大，纵模模数变小，谱线宽度变窄。当驱动 电流足够大时，多纵模变为单纵模。郞动电流増丿川此外，温度也会影响半导体激光器的光谱。随着温度的升高，半导体的禁带宽度变小, 将导致整个光谱向长波长方向移动。4.激光束的空间分布激光束的空间分布用近场和远场来描述。近场是指激光器反射镜面上的光强分布，远场是指离反射镜面一定距离处的光强分布。近场和远场是由 谐振腔(有源区)的横向尺寸，即平行于PN结平面的宽度 w和垂直于PN吉平面的厚度t所决定的，并称为激光器的 横模。平 行于结平面的谐振腔宽度w由宽变窄，场图呈现出由多横模变为单横模；垂直于结平面的谐振腔厚度t很薄，这个方向的场图总是单横模。谢匕lOpiLl20 LunJVpiLl和 lull0 Ljiidjsn#1 jUlt 朋n#50屮nOaAlAi-DH離形激光#的近场和远场图样下图为典型半导