半导体激光
构造及材料
半导体激光在基本构造上,它属于半导体的P-N接面,但激光二极管是以金属包层从两边夹住发光层(活性层),是“双异质接合构造”。而且在激光二极管中,将界面作为发射镜(共振腔)使用。在使用材料方面,有镓(Ga)、砷(As)、铟(In)、磷(P)等。此外在多重量子井型中,也使用Ga·Al·As等。
由于具有条状结构,即使是微小电流也会增加活性区域的居量反转密度,优点是激发容易呈现单一形式,而且,其寿命可达10~100万小时。
工作原理
半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件:n
增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布。在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注人必要的载流子来实现,将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去.当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。n
特点
激光二极管的优点是效率高、体积小、重量轻且价格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%,P-N型也达到数%~25%,总而言之能量效率高是其最大特色。另外,它的连续输出波长涵盖了红外线到可见光范围,而光脉冲输出达50W(带宽100ns)等级的产品也已商业化,作为激光雷达或激发光源可说是非常容易使用的激光的例子。n
通常激光器封装形式主要包括单管、Bar条、阵列(Stack)、光纤耦合模块四种形式,其中光纤耦合模块主要用作光纤激光器的泵浦光源。
应用
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器,由于它的波长范围宽,制作简单、成本低、易于大量生产,并且由于体积小、重量轻、寿命长,因此,品种发展快,应用范围广,目前已超过300种,半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网,850nm波长的半导体激光器适用于)1Gh/。局域网,1300nm-1550nm波长的半导体激光器适用于1OGb局域网系统.半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术.半导体激光器在激光测距、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、检测仪器等方面获得了广泛的应用,形成了广阔的市场。n
1978年,半导体激光器开始应用于光纤通信系统,半导体激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统.由于半导体激光器有着超小型、高效率和高速工作的优异特点,所以这类器件的发展,一开始就和光通信技术紧密结合在一起,它在光通信、光变换、光互连、并行光波系统、光信息处理和光存贮、光计算机外部设备的光祸合等方面有重要用途.半导体激光器的问世极大地推动了信息光电子技术的发展。
到如今,它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.半导体激光器再加上低损耗光纤,对光纤通信产生了重大影响,并加速了它的发展.因此可以说,没有半导体激光器的出现,就没有当今的光通信.GaAs/GaAlA。双异质结激光器是光纤通信和大气通信的重要光源,如今,凡是长距离、大容量的光信息传输系统无不都采用分布反馈式半导体激光器(DFB一LD).半导体激光器也广泛地应用于光盘技术中,光盘技术是集计算技术、激光技术和数字通信技术于一体的综合性技术.是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存储手段,它需要半导体激光器产生的光束将信息写人和读出。