第二章第2节光源学

1、第二节 光纤传感用光源物体的热辐射一、物体发光的基本形式 热辐射 发光辐射（1）热辐射： 任何物质温度只要高于热力学温度0K，它就一定要不断地发射电磁辐射，称之为热辐射。因为与温度有关，又被称作温度辐射。 在这种发射过程中，只要通过加热维持物体的温度不变，物体就可以不改变内能持续不断地发射电磁波。 特点： 在任何温度下都向外辐射能量，辐射光谱连续，辐射的能量大小及按波长的分布都与温度有关。一般情况下，它不仅与物体温度有关，还与物体的表面特征有关。（2）发光辐射 主要借助于其他一些外来激发过程而获得能量产生辐射发射的。 电致发光：物体中的原子在由电场加速的电子作用下，被激发到激发状态，当它返回到

2、正常状态时将产生辐射； 光致发光：物体被光照射而引起的自身发射，如荧光，磷光； 化学发光：由于化学反应引起发光； 热发光：物体被加热到一定温度后引起发光。它与热辐射不同，只有达到一定温度后才开始发光，而热辐射在任何温度下都产生发射。 阴极发光：通过电子轰击而使固体发光，如某些矿物。 发光辐射是是非平衡发射，不能用温度描述，光谱不是连续谱，是带光谱和线光谱。辐射定律1、基尔霍夫定律 任何物体在热平衡状态时，从周围吸收辐射的能量恰好等于本身因辐射而减少的能量。此时，物体的状态可用一个确定的温度值来表征。 基尔霍夫定律指出，在一定温度下，物体对某波长光的吸收率 与该物体发射该波长光的辐出度 成正比，

3、而且比例系数对任何物体都一样。 在真空绝热的密闭腔中，热平衡下，物体发射的功率等于它所吸收的功率，而且对任意波长成分都一样。 其中 为投射到物体表面的辐照度。T,),(TM TETTM,TE,.,2211TTMTTM1、基尔霍夫定律 显然， 该式对任何物体都成立，表明一个好的吸收体，一定也是一个好的发射体。任何物体的光谱辐出度与光谱吸收率的比例系数与物体性质无关，等于真空容器的光谱辐照度 。 TETTM,TE, 绝对黑体 对任何物体都一样，设想有这样一个物体，其光谱吸收率 ，它对任何波长的入射辐射都能完全吸收。称为绝对黑体，简称黑体。TE,1,T1,),(TMTEb 对任何物体，只要能测量出其

4、吸收率，就可计算出其光谱辐出度),(,TMTTMb 人工黑体模型：光线要在容器壁上多次反射后才能从小孔射出，小孔的吸收率对于所有波长几乎都等于。看上去是一个很黑的洞。根据基尔霍夫定律，小孔的辐出度将接近面积等于孔面积的黑体的辐出度。2、维恩定律 用钨、钽、铜分别做成三个空腔黑体辐射源，并且把每个空腔都加热到相同的温度，保持温度不变，用分光光谱仪测量空腔的热辐射可得到光谱辐出度曲线实验结论：实验结论： 小孔是黑体，外壁不是黑体，所以这与基尔霍夫定律一致。 在一定温度下，三小孔外表面发射的功率密度各不相同，但三小孔内发射功率密度相等，说明黑体辐出曲线只决定于黑体的热力学温度，与构成黑体的物质性质无

5、关。 黑体光谱辐出度随波长连续变化，每条曲线只有一个极大值，对应峰值辐射波长。 黑体光谱辐出度曲线随温度整体升高下降，各曲线不相干。 黑体光谱辐出度曲线下面积代表黑体总辐出度，用表示 黑体辐射的峰值辐射波长 与黑体温度之间关系),(TMbm TMb dTMTMbb,0)(2898KmTmm 普朗克公式 黑体辐出度公式， 可简写成KmkhcCmmWhcCTCCTMBb4224831251104388. 1)(107415. 321exp1),(1exp12,53TkhchcTMBbC1、C2分别为黑体第一辐射常数和第二辐射常数 实际上描述了实际物体的辐射特性与黑体辐射特性的差别，引入一个物体的发

6、射率 代替吸收率更符合逻辑。 所以我们进行高温测量时用到的近似黑体的谱功率密度辐出度公式为),(,TMTTMbT,T,1exp),(251TCCTM光纤传感器的光源 为了保证光纤传感器的性能，对光源的结构与特性有一定要求。一般要求光源的体积尽量小，以利于它与光纤耦合；光源发出的光波长应合适，以便减少光在光纤中传输的损失；光源要有足够亮度，以便提高传感器的输出信号，另外还要求光源稳定性好、噪声小、安装方便和寿命长。 光源与光纤耦合时，总是希望在光纤的另一端得到尽可能大的光功率，它与光源的光强、波长及光源发光面积等有关，也与光纤的粗细、数值孔径有关。它们之间耦合的好坏，取决于它们之间匹配程度，在光

7、纤传感器设计与实际使用中，要对诸因素综合考虑。热光源 热光源的主要原理是由电流加热合适的材料使其产生热辐射。典型的热光源是钨灯，其优点是结构简单，使用方便且具有连续光谱。 这种热光源用在光纤传感器中时有两个非常重要的问题值得考虑：一个是光源的稳定性问题，根据经验，钨丝产生的光电流正比于灯丝电压的34次幂，因此为了保证提供较稳定的光功率就必须应用具有非常高稳定性的电源和电路；另一个问题是调制速率的限制，对这种光源的调制一般采用机械斩波器，但其频率通常低于1kHz，这在很多光纤传感器的应用中是远远达不到要求的。一般适用于光纤束或粗芯光纤在实际光纤传感器的设计中一般不提倡选用此种光源。 一、白炽灯工

8、作原理： 热物体都会向空间发出一定的光辐射，基于这种原理的光源称为热辐射光源。物体温度越高，辐射能量越大，辐射光谱的峰值波长也就越短。白炽灯就是一种典型的热辐射光源。 电流通过灯丝（钨丝，熔点达3000多摄氏度）时产生热量，螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝的温度达2000摄氏度以上，灯丝在处于白炽状态时发出光。灯丝的温度越高，发出的光就越亮。故称之为白炽灯。白炽灯发光时，大量的电能将转化为热能，只有极少一部分可以转化为有用的光能。 白炽灯发出的光是全色光，但各种色光的成份比例是由发光物质（钨）以及温度决定的。透过玻璃泡的光谱部分大约在 。 白炽灯的寿命跟灯丝的温度有关，因为温度越高，灯丝就

9、越容易升华。日光灯两端发黑过程是：钨丝的升华直接变成钨气，这些钨气体遇到温度较低的灯管壁又凝华在灯管壁上而发黑的，当钨丝升华到比较细瘦时，通电后就很容易烧断，从而结束了灯的寿命。白炽灯的寿命取决于很多因素，包括供电电压等，在经济成本下寿命可以达到几千小时。 抽出空气的灯泡内充进惰性气体，目的在于抑制灯丝蒸发。因为灯丝在高温下工作时，蒸发出来的钨原子与惰性气体分子发生频繁的碰撞，从而使钨原子可以反射回钨丝表面。在同样寿命下，充气灯可提高灯丝工作温度，从而提高光效。m4 . 03 . 0二、卤钨灯原理： 卤钨灯也是一种白炽灯，为了进一步延长灯的寿命，提高光效，在充气钨灯的基础上又制成了卤钨灯（如碘

10、钨灯，溴钨灯等）。 主要原理是卤钨循环：高温下（17001800）从灯丝蒸发出来的钨在泡壁附近与卤素反应，生成挥发性的卤钨化合物。当卤钨化合物扩散到灯丝附近时，又分解为卤素与钨，释放出来的钨沉积在灯丝上，而卤素则又扩散到低温（2501200 ）的泡壁附近与蒸发出来的钨化合。这一过程叫做卤钨循环，或钨的再生循环。这样，不仅可以大大提高灯丝的工作温度和灯的光效，而且泡壳在燃烧过程中并不发黑。 卤钨灯比白炽灯体积小，是同功率白炽灯体积的0.53%，光通量稳定，发光效率为白炽灯的23倍，寿命长，但价格贵，管壁温度高。激光器组成激光器的三要素 激光物质：激光器核心，反转状态，自发发射诱发受激发射。分为固

11、体（晶体、非晶体、半导体等）； 光谐振：放置于激光物质两端的严格平行或凹面反射镜（腔），提供光反馈建立和维持自激振荡，同时控制光束特性； 激发装置：光泵，气体放电、化学反应、热激励。激光特性激光特性:单色性、相干性、方向性、高亮度爱因斯坦关系 假设原子二能级系统中，处在高能级 E2的原子数为N2，处在低能级 E1的原子数为N1，作用于此原子系统的光子的能量密度为 。 f 要想受激辐射占主导地位，必须创造两个基本条件第一，只有 N2 远远大于N1 时，即粒子数反转，才能实现光放大。第二，足够高的辐射谱密度 ，用光学谐振腔提供光反馈达到。f 最为广泛采用的固体激光工作物质有红宝石、掺钕钇铝石榴石和

12、钕玻璃三种，此外还包括可调谐固体激光器。 固体激光器由工作物质、泵浦灯、聚光腔、光学谐振腔、冷却滤光装置以及激光电源等部分组成。 工作物质是激光器的核心，它将泵浦灯中部分光能转换为相干光； 泵浦灯为工作物质中的粒子数反转提供光能； 聚光腔使泵浦灯辐射的光能最大限度地、均匀地会聚工作物质； 谐振腔的作用是使工作物质受激辐射形成振荡与放大，它由全反射镜与部分反射镜（或输出镜）组成，激光由部分反射镜输出； 冷却、滤光系统用于防止聚光腔及内部元件温升过高，减少泵浦灯紫外辐射对工作物质的有害影响。一、固体激光器结构和工作过程启动激光电源，点燃泵灯。因为激光棒和泵灯分别置于椭圆柱聚光腔的两个焦轴线上，所以

13、点亮的泵灯通过聚光腔在激光棒上成像，形成均匀照射。激光棒中激活离子（或）吸收泵浦光子能量，跃迁到高能级，无辐射快速弛豫到激光上能级，即亚稳态能级，如果泵浦强度足够大，激光上下能级形成粒子数反转分布。自发发射光子使反转粒子受激发射，轴向光子不断增强，谐振腔形成反馈，受激增强，当腔内增益等于粒子数减少引起衰减时，输出稳定激光。 红宝石的化学表达式为Cr3+:Al2O3 ,激活离子是Cr3+，它属于三能级系统，在常温下，其吸收带为0.41微米的紫光以及0.55微米的绿光，吸收带宽约0.1微米左右，发射光谱为0.6943微米红光。 特点： 机械强度大，能承受高功率密度，能生长成大尺寸晶体、亚稳态寿命长

14、、可获得大能量输出，尤其是大能量单模输出。红宝石脉冲器件单脉冲能量已达数千焦耳，其荧光谱线较窄，易为材料吸收。 掺钕钇铝石榴石这种晶体简记为Nd3+:YAG，激活离子为Nd3+。常温下辐射1.06微米激光。 特点：量子效率高，受激辐射截面大，阈值远低于红宝石和钕玻璃；具有良好的热稳定性能，热导率高，热膨胀系数小，适用于脉冲、连续、高重复率等多种器件，是目前能在室温下连续工作的、唯一实用的固体工作物质。YAG晶体各向同性，硬度大，化学性质稳定，易于制成高稳定度要求的器件，是当前应用最为广泛的主要固体工作物质。 主要用于各种材料的加工，如打孔、点焊、激光标刻及集成电路中厚膜、薄膜电路的加工制造等；

15、在医疗上则可用于多种外科手术；军事上，Nd YAG激光器被广泛应用于激光测距机、目标指示器和激光雷达；倍频后的绿光和紫外辐射则是可调谐染料激光器的理想泵浦源。 综上所述，固体激光器具有输出能量大、峰值功率高、器件结构紧凑、便于光纤耦合、使用寿命长和单元技术成熟等优点，而且它的体积也较气体激光器要小，价格也比较适中。 固体激光器在光纤传感领域有一定的应用，可以用于测量吸收光谱，如测量由污染物产生的瑞利、喇曼散射光谱；可用于超长距离的测量，如月球到地球的距离。另外红宝石本身在光纤传感器领域也应用。 固体激光器的主要缺陷在于常用惰性气体放电灯泵浦效率低，热效应严重，限制了输出功率的进一步提高和光束质

16、量的改善。气体激光器 气体激光器是以气体或金属蒸气作为主要工作物质的激光器。与固体激光介质相比，气体介质的密度低得多，因而单位体积能够实现的离子反转数目也低得多，为了弥补气体密度低的不足，气体激光器的体积一般都比较大。但是，气体介质均匀，激光稳定性好，另外气体可在腔内循环，有利于散热，这是固体激光器所不具备的。由于气体吸收线宽比较窄，气体激光器一般不宜采用光泵作激励，更多的是采用电作激励。 气体激光器最大的特点就是可以产生很高的连续功率，非常适合在光纤传感器中使用。 在光电传感器中比较常见的气体激光器主要有氦氖激光器、氩离子激光器、氪离子激光器，以及二氧化碳激光器、准分子激光器等，它们的波长覆

17、盖了从紫外到远红外的频谱区域。 氦-氖激光器具有连续输出激光的能力。它能够输出从红外的3.3m m到可见光等一系列谱线，其中632.8nm谱线在光电传感器中应用最广，该谱线的相干性和方向性都很好，输出功率通常小于1mW，可以满足很多光电传感器的要求。 氩离子、氪离子激光器功率比氦氖激光器大，氩离子发出可见的蓝光和绿光，比较典型的谱线有488nm和514.5nm等,氪离子发出的是红光（647.1752.5nm），它们连续输出的功率可以达到几瓦的数量级，适用于对光源的功率要求比较大的场合。例如：光纤分布式温度传感器等。 二氧化碳激光器是目前效率最高的激光器，它的输出波长为10.6m, 连续输出方式

18、功率可达几瓦，脉冲方式达到几千瓦，是远红外的重要光源。许多气体和有机物在红外区域有吸收谱线，二氧化碳激光器可用作物质分析的光源。 在紫外区域气体激光器更是一枝独秀，其它类型激光器还不能工作于这一区域，比较典型的氮气分子激光器输出波长为337nm，在脉冲工作方式下功率可达到兆瓦量级，脉冲宽度可达到纳秒量级。 能够工作在紫外的还有一些准分子激光器，目前能够提供从353nm到193nm的激光输出。由于包括污染物在内的许多物质在紫外区域有独特的吸收特征，随着激光器小型化技术的发展，这类激光器在化学分析、环境保护等方面有很好的应用前景。一、 CO2激光器利用CO2分子的振动-转动能级间的跃迁的，有比较丰

19、富的谱线，在10微米附近有几十条谱线的激光输出。近年来发现的高气压CO2激光器，甚至可做到从910微米间连续可调谐的输出。它的输出波段正好是大气窗口（即大气对这个波长的透明度较高）。 除此之外，它也具有输出光束的光学质量高，相干性好，线宽窄，工作稳定等优点。因此它在国民经济和国防上都有许多应用，如应用于加工（焊接、切割、打孔等），通讯、雷达、化学分析，激光诱发化学反应，外科手术等方面。 工作原理放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的N2分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的N2分子便和CO2分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，

20、CO2分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。 受激的氦原子与基态的氖原子相碰撞时，把它的能量交给氖原子，而使氖原子激发到它的亚稳态，建立粒子数反转。波长波长：6328A、1.15m、3.39m 缺点：效率低，输出功率 23 毫瓦。半导体光源 半导体光源主要分为发光二极管和半导体激光器。 半导体激光器体积非常小，最小的只有米粒那样大。工作波长依赖于激光材料，一般为0.61.55微米，由于多种应用的需要，更短波长的器件在发展中。 一、发光二极管一、发光二极管 发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电

21、子空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。 发光二极管具有可靠性较高，室温下连续工作时间长、光功率电流线性度好等显著优点，技术成熟，价格便宜。因此在一些简易的光纤传感器的设计中，如果LED能够胜任，选用它作为光源即可大大降低整个传感器的成本。然而LED也存在着很多不足：输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等。因此，在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中，就选用其它更高性能的光源。发光二极管常分为三种类型 面发光二极管； 边发光二极管； 超辐射发光二极管。1. 面发光二极管面发光二极管（Surface Emitting） 由双异质结构成。发射面

22、积限定在一个小区域内，该区域的横向尺寸与光纤尺寸相近。利用腐蚀的方法在衬底材料正对有源层的地方腐蚀出一个凹陷的区域，使光纤与光发射面靠近，同时，在凹陷的区域注入环氧树脂，并在光纤末端放置透镜或形成球透镜，以提高光纤的接收效率。面发光二极管输出的功率较大，一般注入100mA电流时，就可达几个毫瓦，但光发散角大，水平和垂直发散角都可达到120，与光纤的耦合效率低。2. 边发光二极管边发光二极管（Edge Emitting） 采用了双异质结结构，利用SiO2掩模技术，在P面形成垂直于端面的条形接触电极(约4050m)，从而限定了有源层的宽度；同时，增加光波导层，进一步提高光的限定能力，把有源区产生的

23、光辐射导向发光面，提高与光纤的耦合效率。有源层一端镀高反射膜，另一端镀增透膜，实现单向出光。在垂直于结平面方向，发散角约为30，具有比面发光二极管高的输出耦合效率。3. 超辐射发光二极管超辐射发光二极管（Superluminescent Diodes） SLD是一种介于激光二极管LD和发光二极管LED之间的半导体光源，它的出现和发展是受到光纤陀螺的驱动，对它的要求是有高的功率输出并有宽的光谱宽度。它的结构大体上与激光器的结构相似。除了条形金属接触部分没有扩展到二极管芯片整个长度外，其他部分的长度与条形激光器相同。结构目的是既有很高的输出功率而又不产生激射振荡，因为要使输出功率增加，最简单办法是

24、增大注入电流，但是，过高的注入电流可能会导致激射振荡。非泵浦的后尾部区域是后向光波的吸收体，仅有前向光波被放大。LED特性特性1. 光谱特性光谱特性由于LED没有光学谐振腔以选择波长，所以它的光谱是以自发发射为主的光谱，发光谱线较宽。p1波长（m）相对功率121.201.350.52. P-I特性特性100边发光二极管P (mW) I (mA)LD面发光二极管超辐射发光二极管200123LED与光纤的耦合一般采用两种方法，即直接耦合与透镜耦合。直接耦合是将光纤端面直接对准光源发光面进行耦合的方法。当光源发光面积大于纤芯面积时，这是一种唯一有效的方法这种直接耦合的方法结构简单，但耦合效率低。 当

25、光源发光面积小于纤芯面积时，可在光源与光纤之间放置透镜，使更多的发散光线会聚进入光纤来提高耦合效率。下图为面发光二极管与光纤的透镜耦合，其中 (a)中光纤端部做成球透镜， (b)中采用截头透镜， (c)采用集成微透镜。采用这种透镜耦合后，其耦合效率可以达到10%左右。二、半导体激光二极管二、半导体激光二极管 半导体激光二极管是在光纤传感系统中应用非常广泛的一种光源，输出光由非相干光变为了相干光。半导体激光二极管作为激光器的一种，同样也必须满足有粒子数反转和光反馈两个要求。 半导体激光二极管效率高、体积小，波长范围较宽，价格低，在光纤传感中使用非常方便，特别是在光纤混合传感器中，经常采用较大功率

26、的激光二极管作为光源，通过光电转换后给传感器探头提供电功率。目前，用这种方式实现的光推动温度、压力等传感系统已经实用化了。 LD是基于受激发射的原理工作的，实际上，半导体激光器所发射出的光波长不是单一值。造成这种现象的原因有两个：一是半导体导带和价带都是由许多能级组成的，它们所具备的能量有微小差别；二是半导体的能带结构受掺杂和晶体缺陷影响较大，使得禁带宽度有微小的变化，所以用下式计算出的波长是有一定的范围的量。ggEEhc24. 1在光的受激发射过程中必须保持能量和动量的守恒。禁带形状是与动量有关的，依照禁带的形状，可将半导体分成直接带隙和间接带隙两种。只有直接带隙半导体材料才能制作发光器件，

27、这类材料有GaAs、AlGaAs、InP和InGaAsP等。电子跃迁导带禁带价带动量（a） 直接带隙kp电子跃迁导带禁带价带动量（b） 间接带隙Ep2. LD结构结构通常是一个多层条形的结构，有源层、限制层和端镜面构通常是一个多层条形的结构，有源层、限制层和端镜面构成了基本部分。成了基本部分。电极出光面N-GaAs前端镜面电极N-AlGaAsGaAsP-AlGaAsN-GaAs（1）有源层和限制层）有源层和限制层有源层的材料是P型砷化镓GaAs材料，限制层分别是P型和N型砷化镓铝AlGaAs材料，在它们的界面上分别形成两个PN结，我们把这类由异种半导体相接的结构称为双异质结，图（a）画出了双异

28、质结的结构示意图，图（b）是它的能带。(a)能量电子空穴EgpP-(AlGaAs)N-(AlGaAs)P-(GaAs)(b)(c)(d)折射率光场分布EgnEg因为限制层的禁带宽度Egn、Egp比有源层的Eg要宽，其导带所处的能量要比有源层的导带高，所以就形成了异质势垒，使注入到有源层的电子、空穴被封闭在有源区内，实现了载流子的限制作用。只要外加很小的电流，注入电子和空穴的浓度就增大，从而提高了增益。 另一方面，由于限制层的折射率比有源层低，见图（c），所以形成了一个光波导折射率分布，在有源层内电子和空穴复合而辐射的激光，被封闭在有源层内，见图（d）。 （2）端镜面激光器两端是端镜面，两者是平

29、行的，同时又是非常平坦光亮的，它可以使有源层产生的光部分逸出，因此端镜面和有源层构成了光的容器。另外，有源层里产生的光不断从两端反射，形成光的振荡。随着电流不断注入，光逐渐被放大并趋于稳定的输出状态。3. LD阈值条件阈值条件在激光器工作过程中，光在谐振腔内传播，除了增益介质的光放大作用外，还存在工作物质的吸收、介质不均匀引起的散射、反射镜的非理想性引起的透射及散射等损耗情况，只有光波在谐振腔内往复一次的放大增益大于各种损耗引起的衰减，激光器才能建立起稳定的激光输出。增益介质反射镜面有源区 PN注入电流 F-P光学谐振腔设增益介质的增益和损耗分别为G和，谐振腔内光功率随距离z的变化可表示为 （

30、1）式中，P(0)为z0处的光功率。光束在腔内一个来回时，两次通过增益介质，这时的光增益为 （2）式中，L为腔长。设两个镜面的反射系数为rl和r2，建立光振荡的条件为 （3）将（2）式代入（3）式，可得 （4）这就是产生激光的阈值条件。式中第一项是增益介质的损耗，第二项表示通过反射镜的损耗。只有当注入电流满足阈值条件时，才迅速出现激光输出。zGPzP)(exp)0()(LGPLP)(2exp)0()2()0()2(21PLPrr1)(2exp21LGrr4. LD纵模纵模在两平面反射镜之间形成了一稳定的振荡，振荡频率可由谐振条件或称驻波条件得到。在谐振腔中，光波是在两平面反射镜之间往复传输的，

31、只有平面镜间距离是半波长的整数倍时，光波才能得到彼此加强，即 (9)式中，为光波的波长，n为增益介质的折射率，m=1，2，。利用，可将上式重写成 （10）式中，f为光波的频率，c为光速。显然，激光器中振荡的光频率只能取某些分立值，m的一系列取值对应于沿谐振腔轴向一系列不同的电磁场分布状态，一种分布就是一个激光器的纵模。腔内的纵模很多，只有那些有增益且增益大于损耗的模式才能在激光的输出光谱中存在。若只剩下一个模称为单纵模激光器，否则称为多纵模激光器。相邻两纵模之间的频率之差 (11)nmL2nLcmf2nLcf2、 LD的性质的性质1. P-I特性特性当注入电流小于阈值电流Ith时，器件发出微弱

32、的自发辐射光，是非相干的荧光；当注入电流超过阈值时，器件进入受激发射状态，发出的光是相干激光，光功率输出迅速增加，输出功率与注入电流基本保持线性关系。 阈值电流Ith是激光器的重要参数，该值越小、越稳定，说明激光器的设计和制造工艺越好。 激光器的PI特性对温度很敏感，随着温度的升高，阈值电流增大，发光功率降低。阈值电流与温度的关系可以表示为为 )exp()(00TTITIth、LD的类型的类型1. 分布反馈激光器分布反馈激光器FP激光器存在着多个纵模。因为谱宽较宽，它与光纤的色散作用后，会导致光脉冲产生较大的展宽，从而限制了系统数据的传输速率。而分布反馈激光器是单纵模激光器，其边模抑制比MSR

33、达到了30dB，谱宽达到了50MHz以下，具有非常好的单色性和方向性，由于它没有使用晶体解理面作为反射镜，所以更容易集成化，应用前景十分诱人。利用分布反馈原理制成的激光器分成两类：一类是分布反馈激光器，另一类是分布布拉格反射激光器。（1）DBR激光器DBR激光器在有源层的附近增加了一段分布式布拉格光栅，它起着衍射光栅的作用。反射光经光栅相长干涉，相长干涉的条件是反射光波长等于两倍光栅间距， 式中，是介质折射率，整数m代表布拉格衍射阶数，m1时相长干涉最强。2nmBP有 源区布拉格光栅N光 输出DBR激光器的结构（2）DFB激光器它没有集总反射的谐振腔反射镜，靠有源层上的布拉格光栅使有源层的光波

34、产生部分反射，满足布拉格反射条件的特定波长的光会相长干涉， 式中， n是有效折射率，L是衍射光栅有效长度，m是整数，B是布拉格波长。由于制造过程或者有意使其不对称，只能产生一个模式。光的波长非常靠近B。分布反馈激光器可以通过改变光栅的周期来调整发射波长。DFB激光器的结构) 1(22mnLBBmP有源区布拉格反射器N光输出L2. 量子阱激光器量子阱激光器 一般双异质结构激光器的有源层的最佳厚度约为0.15m，电子的辐射跃迁发生在两个能量之间，但当其有源层厚度减至可以和波尔半径(150 nm)相比拟时，半导体的性质将发生根本变化，此时，半导体的能带结构、载流子有效质量、载流子运动性质会出现新的效应量子效应，相应的势阱称为量子阱，这种结构的激光器称为量子阱激光器。 量子阱激光器具有低阈