半导体光电子学课程报告综述

半导体光电子学课程报告——半导体激光器1、半导体的基本结构半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的激光器的半导体材料有砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)等等几十种材料，在半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给p-n结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,因此半导体激光器又称为半导体激光2.1选择原因到蓝绿光。通过各种不同的结合方式使得激光器的激射阈值电流由几mAmAmA,其寿命达到上百万小时。从最初的低温(77K)下运转发展到室温下连续工作,输出功率由几毫瓦提些优点，在选择激光器运用于其他方面时，半导体激光器更优于其他2.2使用要求2)以半导体晶体的自然解理面为反射镜构成谐振腔，多次反馈振荡3)选择合适的激励介质，注入足够强的电流，实现大增益，特点波2.3应用半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网；在光电子学领域，激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面有广泛的应用。由于半术紧密结合在一起,就能实现光通信中各个方面功能。半导体激光没有半导体激光器的出现,就没有当今的光通信。度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视医方面2.3主要性能参数对于各种激光器的常见性能参数括电压一电流特性、光功率一电流特性、阈值特性、光谱性质、光强分布、输出功率和转换效率、激注入激光器时,随着注入电流的变化,激光器端电压的变化情况,其特性曲线与二极管电流电流电压方程类似mkt0从上图可以看出,在第一象限随着输入激光器的电流的增加，电流变化较快时,电压变化很慢,激光器进入正常工作状态，其正常工作状态应处于第一象限2.5.2光功率-电流特性激光器总的发射功率(P)与注入电流(I)的关系为功率一电流(P-I)曲线由图可以看出随着激光器注入电流的增加,其输出光功率增加,但是不成直线关系,存在一个阀值Ith,当注入电流大于I后,输出光功率随注入I增加而th2.5.3阈值特性当半导体器件的注入电流I增大,有源区里实现了粒子数反转,受激辐射占主导地位,才能发射激光。阈值电流可以由单模速率方程的稳态解其中,N(t)表示有源区中的电子密度;S(t)表示有源区中的光子密激光器的阈值条件说明,只有谐振腔里的增益增大到能够克服损耗,才能建立起稳定的光振荡,输出谱线尖锐,方向性好的激光。而增光谱指的是不同成分的光所占的比例,光波成分在激光器的工作过程中不断发生变化,以电流阈值为界：当电流由小变大时,激光器I=Ith时以受激发射为主,因而谱线变得尖锐,出现一个或几个又窄2.5.5输出光强分布激光器的光强分布主要指的是垂直于波的传播方2.5.6温度特性半导体激光器是对温度很敏感的器件,不仅环境的变化会使激光器的阈值电流和输出光功率发生变化,注入电流的热效应也会发生类似的式中第一项表示结温升高所吸收的热功率,第二项表示结温升高2.5.7瞬态性质半导体激光器的电光转换效率高,响应速度快,可以直接用于调制,因此被视为光纤通信中理想的光源,但是对半导体激光器进行脉冲调制时,激光器往往呈现出比较复杂的动态性质，可以归纳为:1)激光输出与注入的电脉冲之间存在延时,称为电光延迟时间(ns)；2)当电脉冲注入激光器之后,输出光脉冲呈现出衰减式的振荡,称为张驰振荡(百MHz到2GHz),这是激光器内部光电相互作用表现出来的固有特性；3)某些激光器在某些注入电流下发生的一种持续振荡,叫自脉动现象,这种现象主要出现在P-I曲线中间有明显扭折变换的激器中。3、能实现与半导体激光器相同功能的器件半导体激光器与发光二极管的材料完全一样的，使用砷化镓(GaAs)同质结能都能实现激光振荡。区别激光器只能在液氮冷却下工作，发出单脉冲振荡。在后续发展中使用了异质结，使得激光器能在常温下工作。且半导体发光二极管没有谐振腔，是无阈值器件，它的发光只限于自发辐射过程，其最大的特点是：光谱较宽、线性好、波长的光，寿命长输出功率效率高、体积小、重量轻、结构简单、能将电能直接转换为激光能、功率转换效率高。光纤激光器的主要优点是:(1)转换效率高，激光阈值低。光纤的几可长、体积小、效率高等优势，使得在实际应用中更为广阔。气体激光器如氦氖激光器的输出波长为准确的632.8nm，光束质量方出波长连续可调，且覆盖面宽。综上所述，半导体激光器是在能带间进行跃迁,因此其谱线宽度比固体或气体激光器的光谱宽度要大,即差一些，在十几纳米范围。3与半导体有关的期刊文章ResearchonthekeytechnologyoftheemissionsystemforsemiconductorlaserrangefinderYongjieCheng(Nat.KeyLab.ofHighPowerSemicond.Lasers,ChangchunUniv.ofSci.&Technol.,Changchun,China);DeshengXin;JianjiaZhangSource:2012InternationalConferenceonOptoelectronicsandMicroelectronics(ICOM),p56-60,2012Analysisandcharacterisationofexperimentalreal-timeseriesofasemiconductorlaserunderopticalinjectionSchires,K.(Sch.ofComput.Sci.&Electron.Eng.,Univ.ofEssex,Colchester,UnitedKingdom);Hurtado,A.;Henning,I.D.;Adams,M.J.Source:2011ConferenceonLasers&Electro-OpticsEurope&hEuropeanQuantumElectronicsConferenceCLEOEUROPEEQECpppSemiconductorlaserintegratedwithathermoelectrophotoniclightemittingdiodeheatpumpDeppeDeppe,D.G.(Coll.ofOpt.&Photonics,Univ.ofCentralFlorida,Orlando,FL,UnitedStates);Liu,X.;laserintegratedwithathermoelectrophotoniclightemitting理论上，将半导体激光器与自发辐射二极管(LED)光泵集成在发光泵。因热光电子(TEG)效应，辐射与内部制冷有关。控制LED热吸收，如GaAs发光二极管的材料就可以泵在理想操作中也可以当做一个加热泵是由于它的基本条件和高效率的内量子效应，决定于LED的厚度。周围(包括激光器)的热量传导到LED。例如设计中包括未掺杂GaAs的自发发射被耦合到量子阱激光器波导。AlGaAsKK室温下排放效率，砷化镓LED区域的内部量子效98％。这种高内部量子效率与表面自由GaAs体材料等的测量一致。illustrationillustrationoftheGaAsLEDsemiconductoilaser.TheLEDisandopticallypumpsthelaserwaveguideandquantumwell.)ModD」n(