激光二极管的特性
激光二极管几种不同结构介绍
激光二极管几种不同结构介绍
一、Fabry-Perot(FP)结构激光二极管:
Fabry-Perot激光二极管是最普遍、最常用的类型。它的结构包括波导、吸收区和激光腔。通过注入电流,波导区产生的激子会在吸收区中产生激射作用,从而产生激光。FP激光二极管具有波长调谐范围广、功率稳定性好等优点,适用于光通信、激光打印等领域。
二、Distributed Feedback(DFB)结构激光二极管:
DFB激光二极管是一种具有周期性反射结构的激光器件。它的结构中包含有一段布拉格光栅。光在布拉格光栅中经过多次反射,产生了反馈效应,使得激光波长处于布拉格光栅中的反射波长。DFB激光二极管具有单模输出、非常窄的光谱线宽等优点,适用于高速光通信、高密度光存储等领域。
三、Vertical Cavity Surface Emitting Laser(VCSEL)结构激光二极管:
VCSEL激光二极管是一种垂直发射的激光器件。它的结构中包含有上下两个反射镜,光从结构的顶部垂直发射出来。相比于FP和DFB激光二极管,VCSEL激光二极管具有光束质量好、耦合效率高等优点。它广泛应用于光通信、传感、光存储等领域。
四、Quantum Cascade(QC)结构激光二极管:
QC激光二极管是一种基于量子级联效应的激光器件。它的结构中包含多个量子阱,每个量子阱产生的激光能够激发下一个量子阱产生新的激
光,从而实现级联激发。QC激光二极管具有宽波长范围、较高的功率和
较低的阈值电流等优点,适用于红外激光通信、气体传感等领域。
五、Ridge-waveguide(RW)结构激光二极管:
激光二极管的发热功率
激光二极管的发热功率
(原创实用版)
目录
一、激光二极管的概念与原理
二、激光二极管的发热功率
三、激光二极管的应用领域
四、激光二极管的注意事项
正文
一、激光二极管的概念与原理
激光二极管,简称 LD,是一种可以产生激光的半导体二极管。其核心原理是通过实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件,使半导体材料产生激光。激光二极管具有极高的静电敏感性,因此在使用时需要注意防静电。
根据 PN 结材料是否相同,激光二极管可以分为同质结、单异质结(sh)、双异质结(dh)和量子阱(qw)激光二极管。其中,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。
二、激光二极管的发热功率
激光二极管在运行过程中,由于其内部电子与空穴的复合作用,会产生热量。这个发热功率与激光二极管的结构、材料、电流和波长等因素有关。通常情况下,激光二极管的发热功率是与其输出功率成正比的。
三、激光二极管的应用领域
激光二极管广泛应用于各种光电设备中,如激光器、光纤通信、光鼠标、激光照射器、激光测距仪等。其出色的性能和较低的成本使得激光二极管成为许多应用领域的首选光源。
四、激光二极管的注意事项
由于激光二极管具有极高的静电敏感性,因此在使用和存放过程中需要注意防静电。此外,还要注意以下几点:
1.避免超过激光二极管的最大额定电流,以免损坏器件。
2.不要在激光二极管的正负极之间施加过高的电压,以免击穿器件。
3.保持工作环境的干燥和清洁,以确保激光二极管的正常工作和延长寿命。
激光二极管原理
激光二极管原理
一、激光二极管的基本结构
激光二极管是一种半导体器件,其基本结构由n型和p型半导体材料
组成。在p型半导体区域内掺杂了少量的杂质,形成p-n结。当外加
电压时,电子从n型区向p型区移动,与空穴复合产生光子,即激光。
二、激光二极管的工作原理
当外加电压大于二极管的开启电压时,电流开始流动。在p-n结中有
大量载流子(电子和空穴),它们在外加电场作用下向相反方向运动。当它们相遇时发生复合,能量以光子形式释放出来。这些光子被反射
回到p-n结中,并刺激更多的载流子复合并释放出更多的光子,形成
一个正反馈的过程,最终产生强烈而稳定的激光束。
三、激光二极管的特点
1. 小型化:激光二极管可以制造得非常小巧,并且可以集成到微芯片中。
2. 高效率:激光二极管具有高能量转换效率,能够将电能转换为光能
的效率达到40%以上。
3. 长寿命:激光二极管的寿命非常长,可以达到几万小时以上。
4. 低成本:激光二极管生产过程简单,成本相对较低。
四、激光二极管的应用
1. 光电通信:激光二极管广泛应用于光纤通信中,可以实现高速、远
距离传输。
2. 制造业:激光二极管可以用于切割、焊接和打标等制造业领域。
3. 医疗设备:激光二极管可以用于医疗设备中,如眼科手术、皮肤美
容等。
4. 军事领域:激光二极管可以用于制造军事装备,如导弹制导系统等。
五、激光二极管的发展趋势
1. 提高功率密度:提高功率密度是未来激光二极管技术发展的主要方
向之一。通过提高功率密度,可以实现更高的切割速度和更深的焊接
深度。
2. 提高可靠性:提高可靠性是激光二极管技术发展的另一个重要方向。通过改进制造工艺和材料选择,可以提高激光二极管的寿命和稳定性。
650nm波长的激光二极管
650nm波长的激光二极管
一、激光二极管简介
激光二极管(Laser Diode)是一种将电能转化为光能的电子元件。它是一种半导
体器件,能够产生高度聚焦的、单色且相干的激光光束。650nm波长的激光二极管
是一种常见的激光二极管,它的工作波长为650纳米(nm),属于可见光范围内的红光。
二、激光二极管的原理
激光二极管的工作原理基于半导体材料的特性,主要包括PN结、注入电流和光放
大三个关键要素。
1. PN结
激光二极管是由两种半导体材料(P型和N型)组成的PN结构。P型材料富含空穴(正电荷),N型材料富含自由电子(负电荷)。当P型和N型材料接触时,形成
一个电子空穴结,即PN结。
2. 注入电流
当外加电源的正极连接到P型材料,负极连接到N型材料时,形成正向偏置。此时,电子从N区域流向P区域,空穴从P区域流向N区域,通过PN结的电流被称为注
入电流。
3. 光放大
当注入电流通过PN结时,电子和空穴会在结内复合。这种复合过程会释放出能量,产生光子。在PN结的两端加上反射镜,形成光学腔,使光子在腔内来回反射,产
生光的放大效应。最终,一束聚焦的、单色的激光光束从激光二极管中发射出来。
三、650nm波长的应用领域
650nm波长的激光二极管具有多种应用领域,主要包括以下几个方面:
1. 光通信
650nm波长的激光二极管可以用于光通信领域。由于其波长属于可见光范围内的红光,可以通过光纤进行传输,并且具有较好的抗干扰性和高速传输能力。因此,它被广泛应用于光纤通信、光纤传感等领域。
2. 激光打印
激光打印技术是一种高速、高精度的打印技术,广泛应用于办公、出版、制图等领域。650nm波长的激光二极管可以作为激光打印机中的光源,通过调整激光的强度和位置,实现文字、图像的高质量打印。
单模激光二极管
单模激光二极管
一、概述
单模激光二极管(Single Mode Laser Diode,SMLD)是一种高性能的半导体激光器。它具有窄谱线、小发散角度、高功率和长寿命等优点,被广泛应用于光通信、医疗设备、工业加工等领域。
二、结构
单模激光二极管的结构主要由两部分组成:P型半导体和N型半导体。在P型半导体和N型半导体的交界处形成了PN结,当电流通过PN
结时,会发生电子与空穴的复合放出能量,从而产生光子。同时,在PN结两侧分别引入反射镜,形成谐振腔,使得发射出的光子得到增强。
三、特点
1. 窄谱线:单模激光二极管只会在一个特定频率范围内产生激射,并
且其频率范围非常窄。这意味着它可以提供非常精确的频率输出,并
且不会受到其他频率干扰。
2. 小发散角度:由于单模激光二极管只能在一个特定频率范围内产生
激射,因此它的发散角度非常小。这使得它可以提供非常精确的光束,适用于需要高精度的应用场景。
3. 高功率:单模激光二极管具有较高的功率输出,可以满足一些需要
高功率输出的应用需求。
4. 长寿命:单模激光二极管采用半导体材料制造,具有较长的使用寿命。同时,由于其结构简单、易于制造和维护,因此更容易实现长期
稳定性。
四、应用
1. 光通信:单模激光二极管被广泛应用于光通信领域。其窄谱线和小
发散角度使得它能够提供高精度、高速度和稳定性强的数据传输服务。
2. 医疗设备:单模激光二极管在医疗设备中也有广泛应用。例如,在
眼科手术中使用单模激光二极管作为切割工具,可以实现更加精确和
安全的手术操作。
3. 工业加工:单模激光二极管在工业加工领域也有广泛应用。例如,
860nm脉冲半导体激光二极管
860nm脉冲半导体激光二极管
摘要:
1.半导体激光二极管的概述
2.860nm 脉冲半导体激光二极管的特点
3.860nm 脉冲半导体激光二极管的应用领域
4.860nm 脉冲半导体激光二极管的发展前景
正文:
一、半导体激光二极管的概述
半导体激光二极管,简称LD(Laser Diode),是一种能够将电能直接转换为光能的半导体器件。它具有体积小、效率高、寿命长、光束质量好等优点,广泛应用于光通信、光存储、光显示、激光雷达、生物医学等领域。
二、860nm 脉冲半导体激光二极管的特点
860nm 脉冲半导体激光二极管是一种在860 纳米波长处产生脉冲光输出的半导体激光器。它具有以下特点:
1.较高的输出功率:860nm 脉冲半导体激光二极管具有较高的输出功率,能够在较远距离内进行光通信和光信号传输。
2.较窄的脉冲宽度:该类型的激光二极管具有较窄的脉冲宽度,能够在高速光通信系统中实现数据传输。
3.较高的转换效率:860nm 脉冲半导体激光二极管具有较高的转换效率,能够在较低的功耗下实现稳定的光输出。
4.良好的稳定性:该类型的激光二极管具有较好的温度稳定性和抗干扰性
能,能够在恶劣环境下保持稳定的工作状态。
三、860nm 脉冲半导体激光二极管的应用领域
1.光通信:860nm 脉冲半导体激光二极管在光通信领域中具有广泛的应用,如光纤通信、光无线通信、光卫星通信等。
2.光存储:在光盘、DVD 等光存储设备中,860nm 脉冲半导体激光二极管作为读写头使用,实现数据的存储和读取。
3.光显示:在投影仪、显示器等光电显示设备中,860nm 脉冲半导体激光二极管可以作为光源,提供高质量的光学图像。
激光二极管的主要参数与特点
激光二极管的主要参数与特点
激光二极管是一种特殊的半导体激光器,其主要参数和特点决定了它在许多领域的广泛应用。本文将从以下几个方面介绍激光二极管的主要参数和特点。
一、激光二极管的主要参数
1. 波长(Wavelength):激光二极管所发射的光的波长是其最基本的特性之一,常见的波长范围包括红光(630 nm - 680 nm)、绿光(520 nm - 530 nm)和蓝光(445 nm - 465 nm)。不同波长的激光二极管在不同应用场景具有不同的优势。
2. 输出功率(Output Power):激光二极管的输出功率是指其每秒钟发出的激光光束的总能量,通常以毫瓦(mW)为单位。输出功率决定了激光二极管在不同应用中的使用范围和功效。
3. 效率(Efficiency):激光二极管的效率表示其将电能转化为光能的能力。它通常以百分比形式表示,是定义为输出光功率与输入电功率之比。高效率的激光二极管可以减少能源消耗,并延长其使用寿命。
4. 波束质量(Beam Quality):波束质量是指激光二极管输出的激光光束的空间特性,包括光束直径、散斑尺寸和模式。波束质量的好坏
影响激光光束的聚焦能力和传输质量,对于特定应用场合的要求各不相同。
二、激光二极管的特点
1. 小巧便携:相比传统的气体激光器或固态激光器,激光二极管的尺寸较小,重量较轻,易于携带和安装。这使得激光二极管在便携式设备和远程控制系统中得到广泛应用。
2. 高效能低能耗:激光二极管的效率较高,能够将电能转化为光能的比例较高,从而减少能源的消耗。与传统激光器相比,激光二极管的能源利用率更高。
LD激光二极管重要参数与特征
LD激光二极管重要参数与特征
激光二极管(LD)是一种能够将电能转化为激光能量的半导体器件,
具有小巧、高效、低成本等特点,在工业、通信、医疗等领域有着广泛的
应用。下面将介绍LD激光二极管的重要参数与特征。
1. 波长(Wavelength):波长是LD激光二极管的重要参数之一,它
决定了激光的颜色。常见的LD激光二极管波长包括红光(630-680 nm)、红外光(780-1600 nm)和蓝光(420-480 nm)等。不同波长的激光在应
用中有着不同的需求和用途。
2. 输出功率(Output Power):输出功率是LD激光二极管的另一个
重要参数,它表示单位时间内激光二极管输出的能量。通常以毫瓦(mW)
或瓦(W)为单位。输出功率的选择应根据应用场景的需要来确定,不同
的应用场景对输出功率有不同的要求。
3. 效率(Efficiency):效率是LD激光二极管的一个重要特征,它
表示激光二极管将输入的电能转化为输出的激光能量的比例。高效率的
LD激光二极管能够以较低的功率输出较高的激光能量,有利于节约能源
和提高工作效率。
4. 光束发散度(Beam Divergence):光束发散度是LD激光二极管
的一个重要参数,它表示激光束的扩散程度。较小的光束发散度意味着激
光束的直径在较远距离上保持较小,有利于激光在远距离传输和聚焦。
5. 调制带宽(Modulation Bandwidth):调制带宽是LD激光二极管
的一个重要特征,它表示LD激光二极管能够响应外部信号调制的速度范围。高调制带宽的LD激光二极管适用于需要快速调制的应用,如高速通
激光二极管的结构及性能特点
激光二极管的结构及性能特点
激光二极管(Laser Diode)是一种能够通过电的输送产生激光的半
导体器件。它由三个主要部分组成:P型区、N型区和激光介质。其中,P
型区和N型区之间的结构形成了PN结。本文将从结构和性能特点两个方
面对激光二极管进行详细介绍。
结构:
P-N结是激光二极管的核心结构,它使得电流可以从P区流向N区。
当电流通过PN结时,PN结的半导体材料内部会发生注入运输、电子与空
穴复合等过程。通过这些过程,在激光介质中产生光子的辐射,从而形成
激光。
另外,激光二极管还包括调制和发射部件。调制部件主要用于控制电
流的大小和频率,以控制激光的色散。发射部件则起到聚焦和反射激光的
作用,使其能够尽可能地聚焦到一个小的点。
性能特点:
1.体积小:激光二极管的最大特点是其体积小。一般的激光二极管的
直径只有几毫米,长度为几毫米至几十毫米不等。因此,它可轻松集成在
各种设备中,广泛应用于通信、医疗、制造等领域。
2.功耗低:激光二极管的功率消耗很低。根据不同类型的激光二极管,其工作电流可在几毫瓦到几十毫安之间。功耗低的特点使得激光二极管广
泛应用于便携式和无线设备中。
3.发射效率高:激光二极管的发射效率非常高。在一些高效的激光二极管中,光电转换效率可以超过50%。这使得激光二极管成为实现高亮度和高效激光输出的理想选择。
4.工作波长范围广:激光二极管工作波长范围广泛,从几纳米到几微米不等。不同材料和工艺的激光二极管可以实现不同的波长输出,可满足不同应用的需求。
5.调制速度快:激光二极管的调制速度非常快,可以在纳秒级的速度内调制激光的开关,使其具有很高的应用潜力。这种调制速度快的特点使得激光二极管成为高速通信领域的重要组成部分。
激光二极管特点和用途
激光二极管特点和用途
激光二极管包括单异质结(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,是市场应用的主流产品。同激光器相比,激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点,但其输出功率小(一般小于2mW),线性差、单色性不太好,使其在有线电视系统中的应用受到很大限制,不能传输多频道,高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模块中,上行发射一般都采用量子阱激光二极管作为光源。
常用的激光二极管有两种:①PIN光电二极管。它在收到光功率产生光电流时,会带来量子噪声。②雪崩光电二极管。它能够提供内部放大,比PIN 光电二极管的传输距离远,但量子噪声更大。为了获得良好的信噪比,光检测器件后面须连接低噪声预放大器和主放大器。
激光二极管的特性
激光二极管的特性
激光二极管的特性
1、伏安特性
半导体激光器是半导体二极管,具有单向导电性,其伏安特性与二极管相同。反向电
阻大于正向电阻,可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它
的PN结好坏。但在测量时必须用1k以下的档,用大量程档时,激光器二极管的电流太大,容易烧坏。
2、P―I特性
激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I曲线。
注入电流小于阈值电流Ith时,激光器的输出功率P很小,为自发辐射的荧光,荧光
的输出功率随注入电流的增加而缓慢增加。
注入电流大于Ith时,输出功率P随注入电流的增加而急剧增加,这时P―I曲线基
本上
是线性的。当I再增大时,P―I曲线开始弯曲呈非线性,这是由于随着注入电流的增大,使结温上升,导致P增加的速度减慢。
判断阈值电流的方法:在P―I特性曲线中,激光输出段曲线的向下延长线与电流轴
的交点为激光二极管的阈值电流。
3、光谱特性
激光二极管的发射光谱由两个因素决定:谐振腔的参数,有源介质的增益曲线。
腔长L确定纵模间隔,宽W和高H决定横模性质。如果W和H
足够小,将只有单横模TEM00存在。
多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。单纵模激光器只有一
个峰值。
工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱
激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。折射率导引LD,在泵浦电流较小、输出光功率较小时为多模输出;在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。而增益导引LD,即使在高电流工作
下仍为多模。
折射率导引激光器光谱随光功率的变化
激光二极管
激光二极管
半导体激光器——以半导体材料为工作物质来产生激光的激光器,波长范围为532~950nm
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。
同激光器相比,激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点,但其输出功率小,线性差、单色性不太好
三种辐射
一、处于高能态的粒子自发向低能态跃迁,称之为自发辐射;
二、处于高能态的粒子在外来光的激发下向低能态跃迁,称之为受激辐射;
三、处于低能态的粒子吸收外来光的能量向高能态跃迁称之为受激吸收。
自发辐射,即使是两个同时从某一高能态向低能态跃迁的粒子,它们发出光的相位、偏振状态、发射方向也可能不同
受激辐射就不同,当位于高能态的粒子在外来光子的激发下向低能态跃迁,发出在频率、相位、偏振状态等方面与外来光子完全相同的光。在激光器中,发生的辐射就是受激辐射,它发出的激光在频率、相位、偏振状态等方面完全一样。
任何的受激发光系统,既有受激辐射,也有受激吸收,而一般光源中都是受激吸收占优势,只有粒子的平衡态被打破,使高能态的粒子数大于低能态的粒子数(这样情况称为粒子数反转),才能发出激光
产生激光的三个条件
三个条件:实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件。
粒子数反转,为了获得粒子数反转,通常采用重掺杂的P型和N型材料构成PN结,这样,在外加电压作用下,在结区附近,空穴和电子复合放出光子,也就是说未复合的空穴-电子对,为高能态离子,外加电压,PN结附近存在大量未复合的高能态离子,代表已粒子数反转
激光二极管的种类讲解
激光二极管的种类讲解
激光二极管(Laser Diode),是一种能够通过PN结的注入电流来产生激光输出的电子器件。激光二极管具有小巧、高效、低功耗和低成本等优点,被广泛应用于通信、医疗、材料加工、显示和光电子技术等领域。根据结构和工作原理的不同,激光二极管可以分为辐射模式、发射模式和其他特殊类型等多种种类。
首先,辐射模式的激光二极管是最常见也是最基本的类型之一、它由两个具有不同禁带宽度的半导体材料构成,其中n区(富集区)被注入电子,而p区(耗尽区)被注入空穴。当电流通过二极管时,载流子注入
n-p结,激发原子与空穴和电子之间的相互作用,从而产生光辐射。辐射模式的激光二极管通常以反射式或折射式二极管为基础,其激光辐射方向垂直于PN结的表面。辐射模式的激光二极管适用于通信、显示和光电子技术等领域。
其次,发射模式的激光二极管是一种具有特殊设计结构的激光器件。它通过在辐射模式激光二极管的PN结上添加透明的导电氧化物层,形成一个光学腔,改变了激光辐射模式。发射模式激光二极管通常采用面发射和边发射两种形式。面发射激光二极管的激光输出垂直于PN结的表面,适用于光纤通信、雷达和材料加工等领域。边发射激光二极管的激光输出平行于PN结的表面,适用于高密度光存储和显著技术等领域。
除了辐射模式和发射模式之外,还有其他特殊类型的激光二极管。例如,垂直腔面发射激光二极管(VCSEL),是一种具有垂直结构的发射模式激光二极管。它通过垂直振荡模式来产生激光输出,具有短脉冲时间、高调制速度和低功耗等特点。VCSEL广泛应用于光纤通信、传感器和光电存储等领域。
激光二极管工作原理
激光二极管工作原理
激光二极管也被称为LD(Laser Diode),是一种将电能直接转换成光能的半导体器件。激光二极管的工作原理是基于半导体的PN结构。PN结是由n型半导体和p型半导体构成的结构,在PN结的交界处,出现了电子和空穴的复合现象,形成了发光。
当在激光二极管的PN结上加上适当的正向电压时,电子从n型材
料向p型材料移动,空穴从p型材料向n型材料移动,它们在PN结区
域相遇并发生复合。这个过程中产生了能量差,能量差被释放成了光
的形式,形成了发光效应。
由于激光二极管结构的特点,发光具有一定的方向性和单色性。
不同于普通的LED灯发光范围非常广泛,而且激光二极管发光波长也
非常窄,因此激光二极管可以产生纯净、强大的光束,广泛应用于激
光打印机、激光扫描仪、光通信、医疗设备、实验室、工业检测和军
事等领域。
在使用激光二极管时,需要注意保持结构完好,避免其受激光器
结构损坏和外界影响。此外,操作时要监测电流和电压,确保工作在
合适的工作范围内,从而能够提高激光二极管的寿命和效率。
激光二极管的工作原理是极其重要的,深入理解这个原理,能够
更好地应用激光二极管,从而创造更多的应用领域和创新应用。
激光二极管原理
激光二极管原理
一、激光二极管的定义和概述
激光二极管(Laser diode)是一种将电能转换为激光能的发光二极管。其工作原
理是利用半导体材料的电输运和辐射散射特性,通过电流注入产生激光辐射。激光二极管通常用于光通信、激光打印、光存储等领域。
二、激光二极管的结构和组成
激光二极管通常由n型和p型半导体材料的PN结构组成。其中n型材料富含自由
电子,p型材料富含空穴。当这两种材料结合在一起时,形成P-N结,并形成电场。当外部电压施加在PN结上时,电子从n型材料流向p型材料,空穴从p型材料流
向n型材料。在这过程中,电子和空穴重新结合,释放出能量,产生光子并形成激光。
三、激光二极管的工作原理
1.电流注入:将正向电流注入PN结,使电子和空穴重新组合,释放出激光。
2.光放大:激光二极管中的光在PN结中传播,逐渐被吸收和放大,最终形成
聚焦激光。
3.镜面反射:激光进入透明的波导,波导两侧通过内置材料的镜面反射,使光
线相互反弹,形成光反馈。
4.自发辐射:当材料受到光反馈时,自发辐射的激光吸收并放大,增强激光的
能量、相位和频率。
5.输出激光:通过一侧的非反射镜,激光能够从激光二极管中输出。
四、激光二极管的特性和优势
1.体积小、功耗低:激光二极管采用基于半导体的技术制造,相对于其他激光
器件,体积更小,功耗更低。
2.光电转换效率高:激光二极管的光电转换效率高,能够将电能转化为光能的
效率接近50%。
3.工作寿命长:激光二极管结构简单,寿命一般可达数千小时以上。
4.调制速度快:激光二极管的调制速度高,适用于高速通信和数据传输领域。
激光二极管参数
激光二极管参数
激光二极管是一种半导体器件,其主要作用是将电能转换成光能。激光二极管的参数包括以下几个方面:
1. 波长:激光二极管发出的激光波长通常在800-1000纳米之间,其中850纳米和980纳米是最常见的波长。
2. 输出功率:输出功率是指激光二极管输出的光功率大小,通常以毫瓦为单位。不同类型的激光二极管输出功率不同,一般在几毫瓦到几百毫瓦之间。
3. 工作电流:工作电流是指激光二极管正常工作时所需的电流大小,通常以安培为单位。不同类型的激光二极管工作电流不同,一般在几十毫安到几百毫安之间。
4. 阈值电流:阈值电流是指当激光二极管开始发射激光时所需的最小电流大小。阈值电流与输出功率和工作电压有关,一般在几十毫安到几百毫安之间。
5. 工作温度:工作温度是指激光二极管正常工作时所需的环境温度范围。不同类型的激光二极管工作温度范围不同,一般在0℃到60℃之
间。
6. 发射角度:发射角度是指激光二极管发出的光束的扩散角度大小。不同类型的激光二极管发射角度不同,一般在10度到50度之间。
7. 噪声:噪声是指激光二极管输出的激光波形中所包含的噪声信号大小。不同类型的激光二极管噪声水平不同,一般在几个百分点到几个千分点之间。
总之,以上是激光二极管参数的主要内容,这些参数对于选择和使用激光二极管都非常重要。
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激光二极管的特性
1、伏安特性
半导体激光器是半导体二极管,具有单向导电性,其伏安特性与二极管相同。反向电阻大于正向电阻,可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。但在测量时必须用1k以下的档,用大量程档时,激光器二极管的电流太大,容易烧坏。
2、P—I特性
激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I 曲线。
注入电流小于阈值电流I th时,激光器的输
出功率P很小,为自发辐射的荧光,荧光的输
出功率随注入电流的增加而缓慢增加。
注入电流大于Ith时,输出功率P随注入
电流的增加而急剧增加,这时P—I曲线基本上
是线性的。当I再增大时,P—I曲线开始弯曲呈非线性,这是由于随着注入电流的增大,使结温上升,导致P增加的速度减慢。
判断阈值电流的方法:在P—I特性曲线中,激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。
3、光谱特性
激光二极管的发射光谱由两个因素决定:谐振腔的参数,有源介质的增益曲线。
腔长L确定纵模间隔,宽W和高H决定横模性质。如果W和H
足够小,将只有单横模TEM00存在。
多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。单纵模激光器只有一个峰值。
工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱
激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。折射率导引LD,在泵浦电流较小、输出光功率较小时为多模输出;在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。而增益导引LD,即使在高电流工作
下仍为多模。
折射率导引激光器光谱随光功率的变化发射光谱随注入电流而变化。I
I
4、温度特性
半导体激光器的阈值电流随温度的升高而增加,变化关系可表示为:
)/exp(
)(0T T A T I th 式中0T 是衡量阈值电流th I 对温度变化敏感程度的参数——叫特征温度,取决于器件的材料和结构等因素,0T 值越大,表示th I 对温度变化越不敏感,器件的温度特性越好。A 是常数。
因th I 随温度升高而增大,因此P —I 特性曲线也随温度变化。随着温度升高,在注入电流不变的情况下,输出光功率会变小。这就是为什么LD 工作一段时间后输出功率会下降。
阈值—温度特性与其结构有关,一般说,异质结构比同质结的温
度特性好。
温度变化还将引起激光器
输出光谱的改变,出现跳模
(mode hop )现象。原因:温
度改变,使腔的参数(折射率,
腔长)发生较大变化,引起激发模式发生变化。在模式跳跃之前,因折射率和腔长随温度升高而有少量增加,致使波长随温度升高而缓慢增大(下图a )。如要避免跳模,必须增大模式间隔(下图b )。
对于多模增益导引半导体激光器,波长随温度的变化是由于带隙随温度变化而产生的,温度变化主要影响光增益曲线而不是腔的参数,因此变化曲线是连续的(下图c)。
半导体激光器必须加制冷器,进行温度控制。
5、方向特性
半导体激光器在系统中使用时要与光纤耦合,因为光纤的芯径很小(微米级),为了能有较多的光能量耦合进光纤,希望输出的激光发散角很小,最好是正入射进光纤。发散角越小,表明激光的方向性越好,能量越集中。
半导体激光器的有源区是一个矩形谐振腔,其体积很小。 w, d 是与激光波长同数量级的,因此光出射面对光的作用相当于一个狭缝,对光有衍射作用。光的辐射图样就是狭缝的衍射图形。光束的发散角取决于衍射角,与端面的尺寸有关,发散角两个方向不同。
下图是在正向方向LD的辐射束与平行和垂直于芯片表面的光功率强度分布图,该图亦称远场图案。
光束在与p-n结垂直方向的半功率点的张角叫做垂直发散角⊥θ;
光束在平行于p-n结方向的半功率点的张角叫水平发散角//θ。
一般半导体激光器的⊥θ在20°~30°范围;//θ在几度~十几度。半导体激光器的发散角相对于其他种类的激光器要大,因此其方向性
较差。
6、功率效率
半导体激光器的功率效率可用两个参数表示:斜率效率(slope efficiency),转换效率(conversion efficiency)。
斜率效率:激光器输出光功率与阈值之上的二极管电流之比。 th I I P
slope -=η
单位:W/A ,典型值小于1W/A 。
转换效率:输出光功率与二极管电功率之比。
IV p P =消耗的电功率输出的光功率=η
V :p-n 结上的正向电压。激光器的电阻虽然不大,但电流很大,所以其上消耗的电功率不能忽略,因此激光器发热较厉害。典型值在30%-40%之间。
四、稳态(steady state )半导体速率方程(rate equations )
(p192-194)
1、速率方程:泵浦速率与辐射速率的关系
在稳定工作状态下,有源区中电子的注入速率应等于自发辐射速率加上受激辐射复合速率(忽略非辐射复合),即
ph sp
CnN n edLW I +=τ 左边:电子注入速率,I :注入电流。d ,L ,W 分别为有源层的厚度、长度和宽度。
右边第一项:自发辐射速率,n :注入电子浓度,sp τ:电子在上能级停留的时间,即产生自发辐射复合前的平均寿命。
右边第二项:受激辐射速率,Nph :有源区中的相干光子密度,C :常数。
当注入电流增加时,泵浦增强,使Nph 增加,最终,受激辐射占统治地位,自发辐射可忽略不计。输出光功率正比于Nph 。
2、光子寿命
光在腔中的损耗包括:散射、吸收、端面的透射,所有损耗用衰减系数t α表征。光在腔中有损耗,说明光子在腔内有一定的寿命,αt 越大,寿命越短。设光子数密度为Nph, 无增益时,光子数密度随传输距离的变化关系可以表示成
)
exp(0z N N t ph ph α-= Nph0:初始光子数密度 因t n c z p =,np :折射率, 令 c n t p ph ατ=