半导体激光器的主要参数ppt课件

1、阈值条件和增益分布阈值条件和增益分布 但这只是提供了产生激光的前提条件，要实践获得相关受激辐射，必但这只是提供了产生激光的前提条件，要实践获得相关受激辐射，必需将此增益介质置于光学谐振腔内，使光波在两个腔面反射镜之间经过增需将此增益介质置于光学谐振腔内，使光波在两个腔面反射镜之间经过增益介质来回反射面得到放大。假设光增益超越谐振腔引起的光损耗及其他益介质来回反射面得到放大。假设光增益超越谐振腔引起的光损耗及其他损耗之总和，那么储存在腔内的光场将不断添加；同光阴增益是可以饱和损耗之总和，那么储存在腔内的光场将不断添加；同光阴增益是可以饱和的，它会使光放大系数减小。下面讨论与此相关的一些问题。的，

2、它会使光放大系数减小。下面讨论与此相关的一些问题。rst(E21):受激发射率 在该系统中可以构成自持振荡的条件是：当波在两个在该系统中可以构成自持振荡的条件是：当波在两个腔面间经过多次反射回到原处时，波的振幅至少应等于起腔面间经过多次反射回到原处时，波的振幅至少应等于起始值，波的相位一致。始值，波的相位一致。 ai是内部损耗系数，是内部损耗系数，通常是由自在裁流子吸收通常是由自在裁流子吸收和光学不均匀散射引起的，和光学不均匀散射引起的，g为增益系数。为增益系数。自持振荡的条件自持振荡的条件阈值增益为：阈值增益为：1、振幅、振幅半导体和空气界面处的功率反射系数半导体和空气界面处的功率反射系数R

3、为：为：2、振荡的相位条件，即构成稳定振荡的驻波条件、振荡的相位条件，即构成稳定振荡的驻波条件光子在谐振腔内来回一次所阅历的光程必需是波长的整数倍。光子在谐振腔内来回一次所阅历的光程必需是波长的整数倍。当增益介质的折射率当增益介质的折射率nR和腔长和腔长L一定时，每一个一定时，每一个g值就对应值就对应着一个振荡频率或波长，或者说对应着一个振荡的纵模方式。着一个振荡频率或波长，或者说对应着一个振荡的纵模方式。对式对式(1) 取微分后得到：取微分后得到：(1)对应于相邻的纵模间隔，取：对应于相邻的纵模间隔，取：色散项色散项自持振荡的条件自持振荡的条件该式阐明，纵模间隔与腔长成反比。半导体激光器的腔

4、长很短，该式阐明，纵模间隔与腔长成反比。半导体激光器的腔长很短，所以它的模间隔比气体和固体激光器要大得多。但所以它的模间隔比气体和固体激光器要大得多。但 (2)表示的表示的只是谐振腔所允许存在的纵横，它是一个无穷的系列，终究激只是谐振腔所允许存在的纵横，它是一个无穷的系列，终究激光器中能出现哪些纵模，还要由激光介质的增益谱宽和增益谱光器中能出现哪些纵模，还要由激光介质的增益谱宽和增益谱展宽机制等条件来决议。只需那些增益到达阂值条件而又被谐展宽机制等条件来决议。只需那些增益到达阂值条件而又被谐振腔允许的波长才干构成激光振荡。振腔允许的波长才干构成激光振荡。(2)增益谱计算增益谱计算式中，常数式中

5、，常数a0(E21)表示绝对零度时的吸收。温度和鼓励程度的表示绝对零度时的吸收。温度和鼓励程度的影响包含在影响包含在(fcfv)中。假设中。假设fcfv，那么，那么a0(E21)为负，吸收为负，吸收介量变为增益介质，以受激发射为主。假设介量变为增益介质，以受激发射为主。假设fcfv ，那么，那么a0(E21)为正，主要发生受激吸收利用增益的定义义可以写出：为正，主要发生受激吸收利用增益的定义义可以写出： 随着鼓励程度添加，能带中载随着鼓励程度添加，能带中载流子数添加，增益曲线的最大值向流子数添加，增益曲线的最大值向更高的光子能量处挪动更高的光子能量处挪动 gmax(E)也添加。同时开场出现增益

6、所对应也添加。同时开场出现增益所对应的光子能量向高能方向挪动。这是的光子能量向高能方向挪动。这是由于电子是从导带底向上填充由于电子是从导带底向上填充的注入电子浓度愈大，填充得就的注入电子浓度愈大，填充得就愈高，因此发光的峰值能量添加愈高，因此发光的峰值能量添加. 增益饱和增益饱和n在低的光子密度时，载流子的空间和能量分布不受干扰，在低的光子密度时，载流子的空间和能量分布不受干扰，这时为不饱和增益。在高光子密度时是饱和增益。一个被这时为不饱和增益。在高光子密度时是饱和增益。一个被鼓励的半导体激光器，辐射遭到放大时，它的能量关系为：鼓励的半导体激光器，辐射遭到放大时，它的能量关系为：谐振控内的辐射

7、强度不能无限止添加谐振控内的辐射强度不能无限止添加 ，由于在高光子密度时，由于在高光子密度时，导带和价带中的载流子浓度要显著降低。这又呵斥费米能级导带和价带中的载流子浓度要显著降低。这又呵斥费米能级漂移，使漂移，使EF减小，同样也使满足粒子数反转的形状数减小。减小，同样也使满足粒子数反转的形状数减小。 7807908008108200.00.20.40.60.81.0 15A 55A 55A (after 30)Intensity (A.U.)Wavelength (nm)三层波导构造中只存在三层波导构造中只存在TE模和模和TM模模TE模模TM模模 降低降低rs，特别是制备良好的低电阻率的欧姆

8、接触是提，特别是制备良好的低电阻率的欧姆接触是提高功率效率的关键。改善管芯散热环境，降低任务温度也高功率效率的关键。改善管芯散热环境，降低任务温度也有利于功率效率的提高。有利于功率效率的提高。由于有源区内存在杂质缺陷及异质结界面态的非辐射复合由于有源区内存在杂质缺陷及异质结界面态的非辐射复合和长波长激光器中的俄歇复合等要素，使得注入有源区的和长波长激光器中的俄歇复合等要素，使得注入有源区的每一个电子每一个电子空穴对不能空穴对不能100的产生辐射复合，即的产生辐射复合，即i总总是小于是小于1，但普通也有，但普通也有95左右，是转换效率很高的激光左右，是转换效率很高的激光器件。器件。ex是思索到有

9、源区内产生的光子并不能全部发射出去，腔内产生的光子蒙受散是思索到有源区内产生的光子并不能全部发射出去，腔内产生的光子蒙受散射、衍射和吸收，以及反射镜端面损耗等。由于激光器有激射的阈值特性，所以当射、衍射和吸收，以及反射镜端面损耗等。由于激光器有激射的阈值特性，所以当IIth时，时，P直线上升，直线上升， ex变大。变大。分别是对应方式的增益和限制因子分别是对应方式的增益和限制因子为部分阈值增益系数为部分阈值增益系数是镜面末端损耗是镜面末端损耗是内部损耗是内部损耗afc是有源区内的自在载流子吸收系数是有源区内的自在载流子吸收系数aout包层中的吸收系数包层中的吸收系数(主要也是自在载流子吸收主要也是自在载流子吸收)as是辐射蒙受有源区晶格缺陷散射和厚度不均匀引起的损耗系数是辐射蒙受有源区晶格缺陷散射和厚