第3章光源光電器件33節(jié)ppt課件

1、激光光源的優(yōu)點激光光源的優(yōu)點方向性強、單色性好、相干性好、光亮方向性強、單色性好、相干性好、光亮 度高等。度高等。激光器的分類激光器的分類 1.1.按激光器工作物質(zhì)的種類分按激光器工作物質(zhì)的種類分 固體激光器固體激光器 氣體激光器氣體激光器 液體激光器液體激光器 半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器 2.2.按激光器工作方式分按激光器工作方式分 連續(xù)型激光器連續(xù)型激光器 超短脈沖型激光器超短脈沖型激光器 脈沖型激光器脈沖型激光器 Q Q突變型激光器突變型激光器3.3.1 3.3.1 半導(dǎo)體激光器的分類半導(dǎo)體激光器的分類 半導(dǎo)體激光器，也稱激光二極管半導(dǎo)體激光器，也稱激光二極管(Laser Diode(La

2、ser Diode，簡稱，簡稱LD)LD)，是以半導(dǎo)體材料作為激光工作物質(zhì)的一類激光器。它可分為是以半導(dǎo)體材料作為激光工作物質(zhì)的一類激光器。它可分為 1.1.從半導(dǎo)體激光器的反射激光看從半導(dǎo)體激光器的反射激光看 半導(dǎo)體結(jié)型二極管注入式激光器半導(dǎo)體結(jié)型二極管注入式激光器 垂直腔表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器垂直腔表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器 2.2.從結(jié)型看從結(jié)型看 同質(zhì)結(jié)激光器同質(zhì)結(jié)激光器 異質(zhì)結(jié)激光器異質(zhì)結(jié)激光器 3.3.從制造工藝看從制造工藝看 一般半導(dǎo)體激光器一般半導(dǎo)體激光器 分布反饋式半導(dǎo)體激光器分布反饋式半導(dǎo)體激光器 量子阱半導(dǎo)體激光器量子阱半導(dǎo)體激光器 4. 4.從陣列看從陣列看 單元陣列單元陣列

3、一維線陣列一維線陣列 二維面陣列二維面陣列 5.5.從發(fā)光的光譜看從發(fā)光的光譜看 可見光半導(dǎo)體激光器可見光半導(dǎo)體激光器 非可見光半導(dǎo)體激光器非可見光半導(dǎo)體激光器3.3.2 3.3.2 激光的產(chǎn)生機理激光的產(chǎn)生機理 光的吸收與發(fā)射和原子、分子等粒子的能量狀態(tài)改變相關(guān)光的吸收與發(fā)射和原子、分子等粒子的能量狀態(tài)改變相關(guān)聯(lián)。當(dāng)粒子從高能級躍遷到低能級時發(fā)出輻射光子，而當(dāng)粒子聯(lián)。當(dāng)粒子從高能級躍遷到低能級時發(fā)出輻射光子，而當(dāng)粒子從低能級躍遷到高能級時吸收光子。激光的產(chǎn)生機理一般涉及從低能級躍遷到高能級時吸收光子。激光的產(chǎn)生機理一般涉及受激輻射、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)與諧振三個關(guān)鍵問題。受激輻射、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)與諧振三個

4、關(guān)鍵問題。1.1.自發(fā)輻射與受激輻射自發(fā)輻射與受激輻射 設(shè)設(shè)E1E1為基態(tài)能級，為基態(tài)能級，E2E2為激發(fā)態(tài)能級。在常溫下大部分電子為激發(fā)態(tài)能級。在常溫下大部分電子處于基態(tài)。當(dāng)原子在處于基態(tài)。當(dāng)原子在E1E1與與E2E2兩個能級之間躍遷時將產(chǎn)生自發(fā)輻兩個能級之間躍遷時將產(chǎn)生自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收三個基本過程。射、受激輻射和受激吸收三個基本過程。自發(fā)輻射的特點自發(fā)輻射的特點 每個原子的躍遷是獨立的每個原子的躍遷是獨立的自發(fā)進(jìn)行的，它們彼此毫無關(guān)自發(fā)進(jìn)行的，它們彼此毫無關(guān)系，因而發(fā)出的輻射是雜亂無系，因而發(fā)出的輻射是雜亂無章的非相干光。章的非相干光。 自發(fā)輻射的壽命就是原子自發(fā)輻射的壽命就是

5、原子處于激發(fā)態(tài)的平均時間，普通處于激發(fā)態(tài)的平均時間，普通在在10-910-3 s10-910-3 s。圖圖3-24 3-24 原子的自發(fā)輻射、受激輻射原子的自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收示意圖和受激吸收示意圖受激輻射受激輻射 當(dāng)能量當(dāng)能量hvhv的輻射作用在處于受激能級的輻射作用在處于受激能級E2E2的原子上時，原的原子上時，原子子因受激而從不穩(wěn)定的受激能級因受激而從不穩(wěn)定的受激能級E2E2躍回到基態(tài)，并發(fā)射出頻率、躍回到基態(tài)，并發(fā)射出頻率、位相和方向都與入射輻射光子相同的能量為位相和方向都與入射輻射光子相同的能量為hvhv的光子。的光子。受激吸收受激吸收 原子接受輻射能原子接受輻射能hvhv從

6、基態(tài)能級從基態(tài)能級E1E1躍入受激能級躍入受激能級E2E2受激受激吸收吸收的過程。原子在激發(fā)態(tài)時不穩(wěn)定的，在沒有任何外界刺激的條的過程。原子在激發(fā)態(tài)時不穩(wěn)定的，在沒有任何外界刺激的條件下，又自發(fā)返回基態(tài)的趨勢，并放出能量為件下，又自發(fā)返回基態(tài)的趨勢，并放出能量為hvhv的光子。的光子。產(chǎn)生激光的必要條件產(chǎn)生激光的必要條件受激輻射占主導(dǎo)地位。受激輻射占主導(dǎo)地位。2.2.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)-分布反轉(zhuǎn)分布反轉(zhuǎn) 要使激光工作物質(zhì)的受激輻射占主導(dǎo)地位，就必須從外部要使激光工作物質(zhì)的受激輻射占主導(dǎo)地位，就必須從外部給工作物質(zhì)提供能來能量，使處于激發(fā)態(tài)的載流子數(shù)遠(yuǎn)大于處給工作物質(zhì)提供能來能量，使處于激發(fā)態(tài)

7、的載流子數(shù)遠(yuǎn)大于處于基態(tài)的載流子數(shù)。也就是把載流子的正常分布倒轉(zhuǎn)過來，稱于基態(tài)的載流子數(shù)。也就是把載流子的正常分布倒轉(zhuǎn)過來，稱為粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)或粒子分布的反轉(zhuǎn)狀態(tài)。為粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)或粒子分布的反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)是使受激輻射從次要地位轉(zhuǎn)化為主導(dǎo)地位的粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)是使受激輻射從次要地位轉(zhuǎn)化為主導(dǎo)地位的必要條件，也是產(chǎn)生激光發(fā)射的必要條件。必要條件，也是產(chǎn)生激光發(fā)射的必要條件。 使激光物質(zhì)產(chǎn)生粒子反轉(zhuǎn)的方法有：使激光物質(zhì)產(chǎn)生粒子反轉(zhuǎn)的方法有： 固體激光器常采用適當(dāng)譜線的強光對激光物質(zhì)進(jìn)行照射；固體激光器常采用適當(dāng)譜線的強光對激光物質(zhì)進(jìn)行照射； 氣體激光常采用使氣體電離的方法；氣體激光常采用使氣體電

8、離的方法； 半導(dǎo)體激光器采用注入載流子的方法。半導(dǎo)體激光器采用注入載流子的方法。3.3.諧振腔諧振腔 產(chǎn)生諧振的方法產(chǎn)生諧振的方法 在激光物質(zhì)的兩側(cè)放置相互平行的反光鏡，形成光的在激光物質(zhì)的兩側(cè)放置相互平行的反光鏡，形成光的“共共振景象。通常將能使光產(chǎn)生振景象。通常將能使光產(chǎn)生“共振的裝置稱為共振的裝置稱為“共振腔共振腔或或“諧諧振腔振腔”。 自發(fā)輻射的方向不與諧振腔軸線平行的光子將被反射自發(fā)輻射的方向不與諧振腔軸線平行的光子將被反射出腔出腔外，只有與軸線平行的自發(fā)輻射光子才能產(chǎn)生外，只有與軸線平行的自發(fā)輻射光子才能產(chǎn)生“共振現(xiàn)象而共振現(xiàn)象而被被加強，形成受激輻射。即平行于腔軸的光子在腔內(nèi)的兩

9、個反射加強，形成受激輻射。即平行于腔軸的光子在腔內(nèi)的兩個反射面上來回反射，反復(fù)通過工作物質(zhì)，依靠受激輻射，光子每通面上來回反射，反復(fù)通過工作物質(zhì)，依靠受激輻射，光子每通過一次工作物質(zhì)便得到一次增強，使光子數(shù)不斷增長。過一次工作物質(zhì)便得到一次增強，使光子數(shù)不斷增長。 產(chǎn)生激光的又一個必要條件產(chǎn)生激光的又一個必要條件諧振腔諧振腔 受激輻射的光子在諧振腔中來回多次反射的過程中，因受激輻射的光子在諧振腔中來回多次反射的過程中，因散射、投射和吸收等原因而受到損耗。如果光子在腔內(nèi)來回散射、投射和吸收等原因而受到損耗。如果光子在腔內(nèi)來回一次所感生出來的光子數(shù)比損耗掉的多得多，便可以產(chǎn)生激一次所感生出來的光子

10、數(shù)比損耗掉的多得多，便可以產(chǎn)生激光諧振。同時光在兩反射面之間的反射形成兩列相反方向傳光諧振。同時光在兩反射面之間的反射形成兩列相反方向傳播的光波，只有這兩列光波疊加形成駐波時，這種振蕩才是播的光波，只有這兩列光波疊加形成駐波時，這種振蕩才是穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩條件：產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩條件： 共振腔的長度共振腔的長度L L恰好等于輻射光半波長的整數(shù)倍，即恰好等于輻射光半波長的整數(shù)倍，即（3-93-9）式中，式中，n n為與波長為與波長相關(guān)的介質(zhì)折射率；相關(guān)的介質(zhì)折射率；m m為正整數(shù)。對于不為正整數(shù)。對于不同的同的m m值，將有不同波長的駐波相對應(yīng)。值，將有不同波長的駐波相對應(yīng)。)2(nm

11、L 通常將在共振腔內(nèi)沿腔軸方向的各種可能的駐波叫做諧通常將在共振腔內(nèi)沿腔軸方向的各種可能的駐波叫做諧振腔的縱模。諧振腔的諧振頻率或稱縱模頻率，即振腔的縱模。諧振腔的諧振頻率或稱縱模頻率，即 v=mc/2nL v=mc/2nL （3-103-10）縱模頻率縱模頻率v v只與腔體長度只與腔體長度L L及介質(zhì)材料的折射率及介質(zhì)材料的折射率n n有關(guān)。與其他有關(guān)。與其他參數(shù)無關(guān)。參數(shù)無關(guān)。 獲得激光輸出的獲得激光輸出的3 3個必要條件為：個必要條件為： 必須將處于低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能級上去，必須將處于低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能級上去， 為此需要泵浦源；為此需要泵浦源； 要有大量的粒子數(shù)反

12、轉(zhuǎn)，使受激輻射足以克服損耗；要有大量的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使受激輻射足以克服損耗； 有一個諧振腔為出射光子提供正反饋極高的增益，用以有一個諧振腔為出射光子提供正反饋極高的增益，用以 維持受激輻射的持續(xù)振蕩維持受激輻射的持續(xù)振蕩法布里法布里- -珀羅腔珀羅腔 在半導(dǎo)體激光器中，在半導(dǎo)體激光器中，兩端的解理面起到反射鏡兩端的解理面起到反射鏡的作用。圖的作用。圖3-243-24所示為不所示為不需外加反射鏡的法布里需外加反射鏡的法布里珀羅腔光學(xué)諧振腔。珀羅腔光學(xué)諧振腔。圖圖3-24 3-24 法布里法布里- -珀羅光學(xué)諧振腔珀羅光學(xué)諧振腔解理面作為反射鏡的反射率為解理面作為反射鏡的反射率為（3-113-11）

13、式中，式中，nn為增益介質(zhì)的折射率，其典型值為為增益介質(zhì)的折射率，其典型值為3.53.5，解理面的，解理面的反射率為反射率為30%30%。閾值增益閾值增益只有當(dāng)增益等于或大于總損耗時，才能建立起只有當(dāng)增益等于或大于總損耗時，才能建立起 穩(wěn)定的振蕩。這一臨界增益被稱為閾值增益。穩(wěn)定的振蕩。這一臨界增益被稱為閾值增益。閾值電流閾值電流為達(dá)到閾值增益所要求的注入電流。為達(dá)到閾值增益所要求的注入電流。 設(shè)一振幅為設(shè)一振幅為E0E0，頻率為，頻率為，波數(shù)，波數(shù)K=n/cK=n/c的平面波，在長的平面波，在長度為度為L L、功率增益系數(shù)為、功率增益系數(shù)為g g 的光腔中往返一次后，其振幅將增的光腔中往返一

14、次后，其振幅將增211nnRm大到大到exp(g/2)(2L)exp(g/2)(2L)倍，相位變化為倍，相位變化為2KL2KL，考慮到激光器內(nèi)的各，考慮到激光器內(nèi)的各種吸收和散射損耗及端面透射輸出，振幅變化為種吸收和散射損耗及端面透射輸出，振幅變化為 R1R1、R2R2為端面反射率，為端面反射率，intint為腔內(nèi)總損耗率。在穩(wěn)定工作時，為腔內(nèi)總損耗率。在穩(wěn)定工作時，平平面波在腔內(nèi)往返一次強度面波在腔內(nèi)往返一次強度E0E0應(yīng)保持不變。即應(yīng)保持不變。即（3-123-12）令等式兩邊振幅和相位分別相等，則得令等式兩邊振幅和相位分別相等，則得（3-133-13）（3-143-14）式中，式中，K=2

15、nv/cK=2nv/c，m m為整數(shù)。為整數(shù)。)exp(int21LRR0int210)2exp()exp()exp(EKLiLRRgLE2nLmc22)1ln(21m21int，或mKLRRLg激光穩(wěn)定工作的條件激光穩(wěn)定工作的條件振幅條件和相位條件。振幅條件和相位條件。 振幅條件振幅條件規(guī)定增益和電流的最小值規(guī)定增益和電流的最小值 相位條件相位條件規(guī)定激光器的振蕩頻率規(guī)定激光器的振蕩頻率v 必為必為v =mc/2nL中的中的一個頻率。這些頻率對應(yīng)于縱向模式簡稱縱模），并與光學(xué)一個頻率。這些頻率對應(yīng)于縱向模式簡稱縱模），并與光學(xué)諧振腔的長度有關(guān)。諧振腔的長度有關(guān)。 一個縱模只有在其增益大于或等

16、于損耗時，才能成為工作一個縱模只有在其增益大于或等于損耗時，才能成為工作方式，即在該頻率上形成激光輸出。方式，即在該頻率上形成激光輸出。 多縱模激光器多縱模激光器-有有2 2個以上縱模激勵的激光器。個以上縱模激勵的激光器。 單縱模激光器單縱模激光器在諧振腔中加入色散元件或采用外腔在諧振腔中加入色散元件或采用外腔反饋等方法，可以使激光器只有一個模式激勵反饋等方法，可以使激光器只有一個模式激勵圖圖3-25 3-25 激光器縱模分布及增益曲線激光器縱模分布及增益曲線3.3.3 3.3.3 半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器 半導(dǎo)體激光器有半導(dǎo)體激光器有 電子束激勵式電子束激勵式 注入式注入式應(yīng)用最普遍應(yīng)用最普

17、遍1.PN1.PN結(jié)型二極管注入式激光器結(jié)型二極管注入式激光器 結(jié)構(gòu)與原理結(jié)構(gòu)與原理 根據(jù)產(chǎn)生激光所必須具備的條件，激光器一般由三部分組根據(jù)產(chǎn)生激光所必須具備的條件，激光器一般由三部分組成，即成，即激發(fā)裝置泵源）激發(fā)裝置泵源） 工作物質(zhì)工作物質(zhì) 諧振腔諧振腔 激光器的結(jié)構(gòu)激光器的結(jié)構(gòu) 工作物質(zhì)制成工作物質(zhì)制成PNPN結(jié)并切成長方塊。為實現(xiàn)分布反轉(zhuǎn)，結(jié)區(qū)結(jié)并切成長方塊。為實現(xiàn)分布反轉(zhuǎn)，結(jié)區(qū)的兩側(cè)都要求是重?fù)诫s半導(dǎo)體材料，使費米能級分別進(jìn)入導(dǎo)帶的兩側(cè)都要求是重?fù)诫s半導(dǎo)體材料，使費米能級分別進(jìn)入導(dǎo)帶及價帶內(nèi)。左、右兩面是二極管的輻射輸出端面，由一對相互及價帶內(nèi)。左、右兩面是二極管的輻射輸出端面，由一

18、對相互圖圖3-26 3-26 結(jié)型半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)結(jié)型半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)平行的解理面或拋光面構(gòu)成，并與結(jié)平面垂直，這對平面構(gòu)成平行的解理面或拋光面構(gòu)成，并與結(jié)平面垂直，這對平面構(gòu)成了端部反射器。前后兩面是粗糙的，用來消除主要方向以外的了端部反射器。前后兩面是粗糙的，用來消除主要方向以外的激光作用。焊上引出線后，為二極管提供的電流就從引出線流激光作用。焊上引出線后，為二極管提供的電流就從引出線流向散熱器。向散熱器。原理原理 結(jié)型激光器所用的半導(dǎo)結(jié)型激光器所用的半導(dǎo)體材料是重?fù)诫s半導(dǎo)體，能體材料是重?fù)诫s半導(dǎo)體，能帶結(jié)構(gòu)如圖帶結(jié)構(gòu)如圖3-27(a)3-27(a)所示。所示。平衡態(tài)時，平衡態(tài)時，P P區(qū)

19、價帶頂沒有電區(qū)價帶頂沒有電子，子，N N區(qū)導(dǎo)帶底有高濃度的電區(qū)導(dǎo)帶底有高濃度的電子。子。圖圖3-27 3-27 結(jié)型激光器的能帶結(jié)構(gòu)結(jié)型激光器的能帶結(jié)構(gòu) 當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)加上正向偏壓后，勢壘降低，外加電壓結(jié)加上正向偏壓后，勢壘降低，外加電壓U U使使N N區(qū)和區(qū)和P P區(qū)區(qū)的費米能級分開并分別進(jìn)入導(dǎo)帶和價帶內(nèi)。由于勢壘降低，大量的費米能級分開并分別進(jìn)入導(dǎo)帶和價帶內(nèi)。由于勢壘降低，大量電子由電子由N N區(qū)越過勢壘與區(qū)越過勢壘與P P區(qū)的空穴符合，發(fā)射出能量等于區(qū)的空穴符合，發(fā)射出能量等于hvhv的光子。的光子。 空穴也可由空穴也可由P P區(qū)流入?yún)^(qū)流入N N區(qū)域電子復(fù)區(qū)域電子復(fù) 合發(fā)射光子。合發(fā)射光

20、子。 當(dāng)外加電壓足夠大當(dāng)外加電壓足夠大(qUEg)(qUEg)時，時， 在勢壘區(qū)和它的兩側(cè)一個擴散在勢壘區(qū)和它的兩側(cè)一個擴散 長度范圍內(nèi)將出現(xiàn)一個分布反長度范圍內(nèi)將出現(xiàn)一個分布反 轉(zhuǎn)區(qū)，這就是發(fā)射激光的工作轉(zhuǎn)區(qū)，這就是發(fā)射激光的工作 區(qū)。再加上端面反射的反饋便區(qū)。再加上端面反射的反饋便 會產(chǎn)生激光。會產(chǎn)生激光。圖圖3-27 3-27 結(jié)型激光器的能帶結(jié)構(gòu)結(jié)型激光器的能帶結(jié)構(gòu) 主要特性主要特性 激光閾值條件及影響閾值的因素激光閾值條件及影響閾值的因素 在激光器中，在激光器中，要維持激光振要維持激光振 蕩，不僅需要是蕩，不僅需要是光子的產(chǎn)生速率光子的產(chǎn)生速率 超過吸收速率，超過吸收速率，而且還要超

21、過光而且還要超過光 子在結(jié)區(qū)的損耗子在結(jié)區(qū)的損耗率，以抵償吸收率，以抵償吸收 與損耗的光子。與損耗的光子。 IthIth為閾值為閾值電流電流- -達(dá)到閾值增達(dá)到閾值增 益時注入的電益時注入的電流密度。流密度。圖圖3-28 3-28 激光器的輸出特性曲線激光器的輸出特性曲線影響閾值的因素影響閾值的因素 實驗條件實驗條件襯底相同、共振腔的長度不同時，在不同溫度襯底相同、共振腔的長度不同時，在不同溫度 下進(jìn)行實驗。下進(jìn)行實驗。 a.Ith與激光器長度與激光器長度L有關(guān)，激光有關(guān)，激光 器長度器長度L越大，越大， Ith越??；越小； b.Ith與二極管表面反射率有關(guān)；與二極管表面反射率有關(guān)； c.It

22、h與結(jié)區(qū)表面透過損耗有關(guān)；與結(jié)區(qū)表面透過損耗有關(guān)； d.Ith與結(jié)區(qū)附近物質(zhì)的吸收損耗與結(jié)區(qū)附近物質(zhì)的吸收損耗 有關(guān)；有關(guān)； 圖圖3-29 3-29 典型典型GaAsGaAs激光器的閾值電流激光器的閾值電流IthIth與腔長的關(guān)系與腔長的關(guān)系e.Ithe.Ith與溫度有關(guān)；在室溫以下的全部溫度范圍內(nèi)都能保持良與溫度有關(guān)；在室溫以下的全部溫度范圍內(nèi)都能保持良好好 的線性關(guān)系，在低溫下的線性關(guān)系，在低溫下IthIth隨摻雜濃度而增大，在高溫下與隨摻雜濃度而增大，在高溫下與T3 T3 成正比；要達(dá)到同一增益，低溫下所需的成正比；要達(dá)到同一增益，低溫下所需的IthIth小，高溫下所小，高溫下所需需 的

23、的IthIth大，所以半導(dǎo)體激光器多在低溫下使用；大，所以半導(dǎo)體激光器多在低溫下使用；f.Ithf.Ith與單軸向壓力與單軸向壓力( (指在一個軸的方向上加壓力指在一個軸的方向上加壓力) )有關(guān)，有關(guān)，IthIth隨隨單單 軸向壓力增大而減?。惠S向壓力增大而減??；g.Ithg.Ith外加磁場有關(guān)，外加磁場有關(guān)，IthIth隨外加磁場強度的增大明顯減小，并隨外加磁場強度的增大明顯減小，并趨趨 于穩(wěn)定值。于穩(wěn)定值。 半導(dǎo)體激光器的閾值電流都比較大。閾值電流很高的激光半導(dǎo)體激光器的閾值電流都比較大。閾值電流很高的激光器，通常用脈沖電流來激勵，以降低平均熱損耗。器，通常用脈沖電流來激勵，以降低平均熱損

24、耗。 頻譜分布頻譜分布 結(jié)型激光器的頻譜分布取決于組成激光器的半導(dǎo)體材料，結(jié)型激光器的頻譜分布取決于組成激光器的半導(dǎo)體材料， 在低于激光閾值時，因為頻譜在低于激光閾值時，因為頻譜 來源于自發(fā)發(fā)射過程，它的光是非來源于自發(fā)發(fā)射過程，它的光是非 相干的，所以譜線相當(dāng)寬。隨著電相干的，所以譜線相當(dāng)寬。隨著電 流的增大，受激輻射逐漸增強，當(dāng)流的增大，受激輻射逐漸增強，當(dāng) 電流增大到閾值以上，發(fā)生共振，電流增大到閾值以上，發(fā)生共振， 發(fā)射譜線強度劇增，同時變窄，光發(fā)射譜線強度劇增，同時變窄，光 強與增益系數(shù)呈指數(shù)關(guān)系。強與增益系數(shù)呈指數(shù)關(guān)系。 在某一特殊頻率時被增強得最多，這個特定頻率為諧振腔在某一特殊

25、頻率時被增強得最多，這個特定頻率為諧振腔內(nèi)形成的駐波頻率，也是激光發(fā)出的激光頻率。內(nèi)形成的駐波頻率，也是激光發(fā)出的激光頻率。圖圖3-30 GaAs3-30 GaAs激光器光譜分布曲線激光器光譜分布曲線2.2.異質(zhì)結(jié)激光器異質(zhì)結(jié)激光器 為了降低激光器在室溫下的閾值電流，實現(xiàn)室溫下的連續(xù)為了降低激光器在室溫下的閾值電流，實現(xiàn)室溫下的連續(xù)振蕩。振蕩。 單異質(zhì)結(jié)激光器單異質(zhì)結(jié)激光器 由于由于GaAsGaAs和和AlxGa1-xAsAlxGa1-xAs禁帶寬度不同，因而在界面處形成禁帶寬度不同，因而在界面處形成了較高的勢壘，使從了較高的勢壘，使從N-GaAsN-GaAs注入到注入到P-GaAsP-GaAs中的電子繼續(xù)向中的電子繼續(xù)向P P型型鋁鎵砷擴散時受到阻礙，同沒有這種勢壘存在時比較，鋁鎵砷擴散時受到阻礙，同沒有這種勢壘存在時比較，P-GaAsP-GaAs層內(nèi)的電子濃度增大，輻射復(fù)合的幾率提高。層內(nèi)的電子濃度增大，輻射復(fù)合的幾率提高。 P P型鋁鎵砷對來自型鋁鎵砷對來自P-GaAsP-GaAs的發(fā)光吸收系數(shù)小，損耗小。由的發(fā)光吸收系數(shù)小，損耗小。由于鋁鎵砷的折射率較于鋁鎵砷的