激光二极管课件

激光二极管laserdiode激光二极管以直接带隙半导体材料为光增益介质，通过pn结注入载流子实现粒子数反转，以法布里-珀罗腔或分布布拉格光栅为谐振腔，进行受激发射光的放大，从而发出激光的二极管。原理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。参数波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。阈值电流：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。工作电流：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15˚~40˚左右。水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6˚~10˚左右。监控电流：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。优缺点及注意事项激光二极管具有体积小、重量轻、耗电低、驱动电路简单、调制方便、耐机械冲击以及抗震动等优点，但它对过电流、过电压以及静电干扰极为敏感，因此，在使用时，要特别注意不要使其工作参数超过其最大允许值，可采用的方法如下：(1)用直流恒流源驱动激光二极管。(2)在激光二极管电路上串联限流电阻器，并联旁路电容器。(3)由于激光二极管温度升高将增大流过它的电流值，因此，必须采用必要的散热措施，以保证器件工作在一定的温度范围之内。(4)为了避免激光二极管因承受过大的反向电压而造成击穿损坏，可在其两端反并联上快速硅二极管分类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。390～550纳米此波段的激光二极管可用氮化铟镓/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。PLTB450新款蓝光激光二极管采用紧凑型to56封装，光功率高达1.4w，特别适合用在专业级高端投影仪中。此外，这款高功率元件还可广泛应用于其他领域，从舞台和装饰照明用的激光系统到医疗应用。这款全新激光二极管pltb450的主要应用领域是光通量超过1000流明的专业投影仪。它的发光波长为450纳米(nm)，可精确生成所需蓝光;同时在室温条件下，工作电流为1.2A时，可实现专业投影仪所需要的1.4w高光功率。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毫瓦以上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。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，广泛用在CD-ROM光驱、CD唱盘、CD游戏机等商品上。10毫瓦至1瓦的中级操作功率方面，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瓦以上的高功率激光二极管，是用在激励大功率固态激光，以进行材料加工处理，或用于医学治疗上、数字印刷、艺术表演等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瓦以上的激光二极管。其中最重要的是使用具有单模、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。另外，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。由于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。激光二极管生产厂家中国目前激光二极管的供应主要来自国外，台湾和内地的份额相对较少，国外比较好的公司有：美国思佳讯公司：设计及生产优质二极管Skyworks是业界领先无线半导体公司,设计及生产无线通讯半导体及其他模拟应用零件.东芝：东芝二极管拥有广泛的产品阵容电子设备表面贴装产品系列也非常丰富。爱普科斯：全球领先的电子元件模块及系统制造商,提供esd静电二极管等各类陶瓷电子元件及一站式解决方案.各类电子元件产品广泛应用于通讯,工业,消费及汽车电子领域。国内生产激光二极管公司有很多种，一种是里面的芯片生长，现在国内这样的公司还不多，像浪潮华光，中科院半导体，十三所，海特这几个公司，还有一种买芯片做封装的，比如常熟华邦，北京凯普林，深圳飞康等等，另外，台湾生产激光二级管的公司也不少，比如台湾华信，台湾友嘉。产品迈向更多应用领域激光二极管通常应用于光存储，尤其是DVD和CD的激光头等领域。华上光电公司表示将推出用于CD-RW和DVD-RW的高端激光二极管产品，并计划在下半年开始进行几种新产品的大批量生产。在今年的展会期间，华上光电还推出了带有内置APC(自动功率控制)电路的TO-can封装激光二极管。该公司市场经理VincentChen指出：“通过将外部的APC电路集成到ASIC上，我们能够将APC电路和激光二极管一起放在通常的TO-can封装里。这个突破使得我们能够提供更小尺寸、更稳定输出的激光二极管，同时便于自动化生产。”激光二极管在工业领域也得到了广泛应用。友嘉科技有限公司(UnionOptronics)高级市场专员ZoeLin指出：“我们公司约70%的激光二极管销售到中国大陆，而大多数用于工业应用，如制造设备