GaAlAsGaAs DH激光器的自脉动特性
光纤激光器原理与特性详解
光纤激光器原理与特性详解光纤激光器是一种利用光纤作为激光介质的激光发生装置。
相较于传统的体积庞大、重量笨重的气体或固体激光器，光纤激光器具有体积小、重量轻、功率高、能耗低、稳定性好等优点，因此在通信、医疗、制造业等领域得到广泛应用。
光纤光源：光纤光源一般采用半导体激光二极管（LD）作为激光发射源。
激光二极管的特点是体积小、能耗低、效率高。
激光二极管输入的电流通过PN结，使得电子和空穴发生复合，产生光子。
由于激射器是单向导通的，只有在一个方向才放大光子，并输出激光。
光纤增益介质：光纤增益介质一般是掺杂了稀土离子的光纤，如掺铒光纤、掺钛光纤等。
这些稀土离子在被激发后会发射出特定波长的光子，形成激光。
光纤增益介质会通过受激辐射和自发辐射，使光子数目逐渐增加，形成激光。
激光输出端：激光输出端通常采用光波导器件，如耦合器、波导分束器等将光路分为两个部分：一个用于接收和放大激光，另一个用于输出激光。
1.高功率密度：光纤激光器由于光纤的小尺寸和大面积，使得激光器的功率密度较高。
因此，在一些需要高功率密度的应用中，光纤激光器具有明显的优势。
2.高效率：光纤激光器的转换效率较高，能源消耗较低。
特别是采用双泵浦的光纤激光器，在吸收泵浦光的同时，还可以精细调节增益的长度，从而提高转换效率。
3.高光束质量：光纤激光器的光束质量高，光斑较小，光线聚焦性能好。
因此在一些需要高精度、高分辨率的应用中，光纤激光器表现出优良的性能。
4.高稳定性：光纤激光器由于光纤的柔韧性，对温度、震动、机械应力等环境影响较小，稳定性较好。
因此在一些对激光输出稳定性要求较高的应用中，光纤激光器是较为理想的选择。
总而言之，光纤激光器由于其独特的原理和优点，在现代科学技术和工程应用中得到广泛应用。
随着光纤技术的不断发展，光纤激光器将进一步提高功率密度、转换效率和光束质量，为各个领域的应用带来更多的创新。
声光(电光)-GaAs双调Q激光器性能参数优化的研究的开题报告
声光(电光)-GaAs双调Q激光器性能参数优化的研究的开题报告标题：声光(电光)-GaAs双调Q激光器性能参数优化的研究摘要：本文旨在研究声光(电光)-GaAs双调Q激光器的性能优化问题。
传统的双调Q激光器具有ultrafast峰值功率输出、高可靠性和紧凑的封闭包装等优点，因此具有广泛的应用前景。
本研究将基于现有的声光(电光)-GaAs双调Q激光器，通过改变一系列关键参数，包括谐振腔长度、增益介质的波长等，来达到优化激光器性能的目的。
在实验过程中，我们将采用电光锁模和声光锁模技术来调节激光器的输出特性，同时使用激光多光谱分析技术来测试激光器输出的频率特性。
最终，通过对实验结果的分析和比较，确定最佳的性能参数组合，从而实现声光(电光)-GaAs双调Q激光器的高效输出。
关键词：声光锁模、电光锁模、多波长激光、双调Q激光器、优化背景介绍：双调Q激光器是一种常见的脉冲激光器，具有超快速、高重复频率、松弛性和紧凑型等优点。
声光(电光)调制技术结合上述优点，使得其在许多领域得到了广泛的应用。
然而，由于谐振腔长度、增益介质波长等参数的复杂性，如何优化性能仍是一个待解决的问题。
研究目的：本文旨在开展声光(电光)-GaAs双调Q激光器性能优化的研究，通过改变一系列关键参数，探究其对激光器输出特性的影响，确定最佳的性能参数组合，实现高效输出。
研究方法：本研究将采用声光锁模、电光锁模技术结合激光多光谱分析技术来调节激光器的输出特性。
首先，采用激光光谱仪、泵浦能谱仪等设备测试声光(电光)-GaAs双调Q激光器的初始输出特性，获得一组基础数据。
紧接着，通过改变激光器的谐振腔长度、增益介质波长等关键参数，对激光器的输出特性进行改善。
同时，对每一组新的参数，分别采用声光锁模和电光锁模技术来对激光器输出的特性进行优化，最终通过激光多光谱分析技术来测试激光器输出的频率特性。
研究意义：本研究的结果将为声光(电光)-GaAs双调Q激光器的性能优化提供重要的参考依据，同时对相关领域的发展和应用具有一定的推动作用。
半导体激光器的模式及特性
激光器发射光功率
p
激光器辐射的光功率 激光器消耗的电功率
VjI
Pex I 2Rs
激光器结电压
激光器串联电阻
注入电流
4.2.6 半导体激光器的基本特性
3.激光器效率 (b)内量子效率
内量子效率I=
有源区内每秒钟产生的光子数 有源区内每秒钟注入的电子-空穴对数
(c)外量子效率
外量子效率ex= 有源区内每秒钟发射的光子数
4.2.6 半导体激光器的基本特性
5.光谱特性
(1) 峰值波长 在规定输出光功率时，激光光谱内强度最大的光谱波长被定 义为峰值波长。
(2)中心波长
在光源的发射光谱中，连接50％最大幅度值线段的中点所对 应的波长称为中心波长
(3)谱宽与线宽 包含所有振荡模式在内的发射谱总的宽度称为激光器的谱宽； 某一单独模式的宽度称为线宽。
激光器组件是指在一个紧密结构中（如管壳中），除激光二极管（LD） 芯片外，还配置其他元件和和实现LD工作必要的少量电路块的集成器 件。主要包括：
(1)光隔离器：其作用是防止LD输出的激光反射，实现光的单向传输。 位于LD的输出光路上；
(2)监视光电二极管（PD）：其作用是监视LD的输出功率变化，通常用 于自动功率控制。位于LD背出光面；
64 56
80o 40o 0
40o 80o
角度
垂直于结平面方向
I =80mA 72
64 60
56
40o 20o 0
20o 40o
角度
平行于结平面方向
4.2.5 半导体激光器的模式
2．纵模的概念与性质
4.2.5 半导体激光器的模式
1)纵模数随注入电流变化
当激光器仅注入直流电流时， 随注入电流的增加纵模数减少 。
通信光电子基础第四讲半导体激光器件基础知识
.
Free Electron Si
P型半导体（C）
将3价原子（硼、镍、铟等 ）掺入本征半导体中， 则 将多余出空穴数目，形成p 型半导体。空穴为主要载流 子，电子为次要载流子。 因为3价原子可以提供接纳 电子的空穴，故称为受主杂 质（Acceptor impurity). 它的费米能级EF下降到价带 之中，因此价带顶部与导带 都是空穴、EF之下的价带才 充满电子。
(5.2 10)
111 mr mv mc
(5.2 11)
mr 减小的有效质量
d k dk,
mr
1
k
(
Eg
)
1 2
2mr 2
2
由 (15.1 5)式
(k )dk
k 2V 2
dk
可得，
(k)dk ＝ V
k2 2
dk＝
mr
k
d ,
(0
)＝
0
(
E
g
)
1 2
2mr 2
1
2
mr20 T2 fc () fv () 24n2 1＋ 0 2 T22
本征半导体（A）
本征半导体的能级图。上园弧线表示 导带—上能级(EC) 、下弧线表示价带 —下能级(EV)。当本征本导体温度为0 K时，其费米能级EF处在导带与价带的 中间。这意味着EF以下的价带被电子 占满故也称为满带，而EF以上的导带 都是空的没有被电子填充。本征半导 体内部电子密度与空穴密度相等。 最理想的本征半导体是由一种物质的 原子组成的纯净物，如硅、锗等。化 合物GaAs也属于本征半导体。
被B asov、B ernard、Duraf f oug首次发现。
图5 6 在某一确定的抽运强度 N下， 典型的增益 (0 )频率关系曲线
窄条AlGaAs激光器的自脉动研究
皿
巨三弓
图１ Ｓ Ｌ Ｐ Ｄ同步 输入 的周 期 光 信 号 的 结构 简 图
方 法利 用 四波 混频效 应 ．但是 信 号注入 前 要 放 大
到一 定 的功率 ．且该 技 术 中的压 控振 荡器 和光 时
１ 激 光 器 的 结构 参数 及 实验 原 理
１１ 激 光器 的结构 参数 ． 本 文所 研究 的 窄条Ａ Ｇ Ａ 激光 器 的基 本结构 １ａ ｓ 如 图２ 示 。图 中 的衬 底层 由ｎ Ｇ Ａ 组成 ，掺 杂 所 — ａｓ
减 、变 形 和抖 动 １ ，最终 限制 了系 统 和 网络 的传
输 速 率 和 距 离 。全 光 ３ （ ｅ ｔ ｎ 、Ｒ —ｈ ｐ Ｒ Ｒ —ｉ ｇ ｅ ｓａ — ｍｉ ｉｇ ｅ ａ ｐｉｃｔ ｎ ｎ 、Ｒ — ｍ ｌｉ ｉ ）再 生 是解 决 上 述 问题 的最 ｆａ ｏ 有 效方 法 ．故 已成为 光通 信 的一个 研究 热 点 。其 中全光 的时 钟恢 复是 全光 再生 中放 大 、整 形 的基 础 。 目前 主要 的实现 方案 是光 锁相 环技 术 ［ １ １ 。该
ｎＡ — ｋＧ
ｓ 成 ，掺 杂 浓度 为 １ １ ｃ ，厚 度 组 × ｍ
为 ２Ｉ ｍ；活 跃 层 为 非 掺 杂 型 ， 由Ａ １ ａｓ ｓ ｘ ４ ｏ Ａ 组 Ｇ ． ６
成 ， 厚 度 为 ００ ， ．８ ｐ ｍ； 电 流 扩 散 层 由 Ｐ—
收 区 和 增 益 区相 互 作 用 ．使 其 处 于 不 稳 定 的状
浓 度 为２ ｌ２ｃ ，厚 度 为 ０５Ｉ ｘ Ｏ４ ｍ ． ｘ ｍ：包 覆 层 则 由
钟 脉 冲发 生器 也使该 技 术变得 比较复 杂 ，不 易集
成 ：而利用 锁模 光纤 环激 光器 技术 ［ ２ Ｊ 然 有较 ，虽 高 的速率 ．但 它体积 大 ，不 易集成 ，且光 纤 环激 光器 固有 的温 度稳定 性 差 ，限制 了它 在实 际系统 中的应用 ；此 外 ，还有 就是 利用 半导 体激 光 器 的 自脉 动技术 ［ ３ １ 导体 激光 器 自脉 动主 要基 于饱 ，半 和 吸 收 区的存 在 ，它 利 用Ｆ Ｐ 激光 器 的饱 和 吸 —腔
异质结半导体激光器资料
固体激光器的工作物质，由光学透明的晶体 或玻璃作为基质材料，掺以激活离子或其他激活 物质构成。这种工作物质一般应具有良好的物理 －化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和 高的荧光量子效率。 固体激光器以光为激励源。常用的脉冲激励 源有充氙闪光灯；连续激励源有氪弧灯、碘钨灯、 钾铷灯等。一些新的固体激光器也有采用激光激 励的。 固体激光器由于光源的发射光谱中只有一部分 为工作物质所吸收，加上其他损耗，因而能量转 换效率不高，一般在千分之几到百分之几之间。
二、条形激光器的种类
按它们在侧向的波导机构，可分为两类，即增益
波导与折射率波导。增益波导是利用载流子密度在有源
层侧向的非均匀分布，而使有源层中心部分的增益（或 复介电常数的虚部）高于其两侧，形成所谓的“增益波 导”。侧向折射率波导是由有源层与其两侧材料的折射 率差来实现的。
按有效折射率变化的大小而产生波导作用的强弱
在很多应用中 要求LD有很好的 横模（包括侧模） 特性。一些应用中， 要求有尽可能圆对 称的远场光斑.可 行的途径是在LD 有源层的侧向也对 其内部的载流子和 光子施行限制。所 谓条形LD条形LD 是LD实现室温工 作后一个重要的发 展里程碑。
一、条形半导体激光器的优点
①由于有源区侧向尺寸减小，光场对称性增加，因 而能提高光源与光纤的耦合效率； ②因为在侧向对电子和光场有限制，有利于减少激 光器的阈值电流和工作电流，有利于提高电-光转换效 率 ③激光器的热阻减少，提高了激光器的热稳定性； ④由于有源区面积小，容易获得缺陷尽可能少或无 缺陷的有源区，同时有源区与外界隔离，有利于提高 器件的稳定性与可靠性； ⑤有利于改善侧向模式。
形成的浓度梯度使其产生侧向扩散。
数理工具及结论：
数字工具：浓度扩散方程
双声子共振有源区GaAs_AlGaAs量子级联激光器_刘俊岐
December 2008Semiconductor T echnology Vol.33Supp lement双声子共振有源区GaAs /AlGaAs 量子级联激光器刘俊岐,李 路,刘峰奇,王利军,王占国(中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室,北京 100083)摘要:量子级联激光器的器件性能在很大程度上取决于有源区结构的设计,有源区结构设计的两个关键因素是激光跃迁高能态电子的有效注入和低能态电子的有效抽取。
对于后者本文利用四阱耦合结构在GaAs/AlGaAs 量子级联激光器有源区形成双声子共振的电子驰豫机制并进一步通过优化粒子数反转条件和波导结构,获得了波长11.3 m (频率26.5TH z)的量子级联激光器83K 温度下峰值功率超过100mW 的激射。
此项工作的成功为T H z 波段量子级联激光器的研究打下了坚实的基础。
关键词:量子级联激光器;有源区;等离子体波导中图分类号:TN 242;TN 304.23 文献标识码:A 文章编号:1003-353X (2008)增刊-0059-03GaAs/AlGaAs Quantum Cascade Lasers withDouble Resonant Phonon DepopulationLiu Junqi,Li Lu,Liu Feng qi,Wang Lijun,Wang Zhang uo(K ey L ab of Semiconductor M ater ials ,I ns titute of Semico nductor ,Chinese A cademy of S cience,Beij ing 100083,China)Abstract:T he per for mance of quantum cascade laser s is,to a lar ge ex tent,rested upon the design of the activ e region and the desig n of the active region is r elated to tw o key facto rs:the injection of electrons to the upper level and the ex traction of electrons from the low er level.In this w o rk,to meet the seco nd co ndition,double r esonant pho no n depopulation is form ed thro ug h fo ur coupled quantum w ells and by o ptimizing the population inv ersion and w aveguide structure a laser of 11.3 m w av elength is lasing w ith a peak pow er m ore than 100m W at 83K.The success of this w ork blazes a w ay for the research of T H z quantum cascaded lasers.Key words:quantum cascade laser;activ e reg ion;plasmo n assisted w aveg uide EEACC :4320J;2520D;42500 引 言量子级联激光器[1-2]的性能在很大程度上取决于有源区结构的设计。
《光纤通信》试题计算分析题练习
（ 1）若接收光功率为 10dBm ，试求这个链路的载噪比； （ 2）若每个信道的调制指数增加到 7%，接收光功率减少到 13dBm ，试求这
个链路的载噪比。 30. 一直有一个 565Mb/s 单模光纤传输系统，其系统总体要求如下：
（1）光纤通信系统的光纤损耗为 0.1dB/km，有 5 个接头，平均每个接头损耗 为 0.2dB，光源的入纤功率为 -3dBm，接收机灵敏度为 -56dB（m BER=10-19 ）。
850nm波长上可以支持 1000
16. 用纤芯折射率为 n1 1.5 ，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率 f 0 8MHz 的
光脉冲，经过该光纤后，信号延迟半个脉冲周期，试估算光纤的长度 L 。
17. 有阶跃型光纤，若 n1 1.5， 0 1.31 m，那么 （1）若 0.25 ，为保证单模传输，光纤纤芯半径
25. 如果激光器在 0.5 m 上工作，输出 1W的连续功率， 试计算每秒从激活物
质的高能级跃迁到低能级的粒子数。
26. 设 PIN 光电二极管的量子效率为 80%，计算在 1.3 m 和 1.55 m 波长时的响应
度，说明为什么在 1.55 m 处光电二极管比较灵敏。
27. 假设我们想要频分复用 60 路 FM信号，如果其中 30 路信号的每一个信道的
（2）光纤线路上的线路码型是 5B6B，光纤的色散系数为 2ps/ （km.nm），光源 光谱宽度为 1.8nm。
求：最大中继距离是多少？ 注：设计中选取色散（功率）代价为 1dB，光连接器损耗为 1dB（发送和接收
端各一个），光纤富于度为 0.1dB/km ，设备富于度为 5.5dB。 31. 一个二进制传输系统具有以下特性：
双异质结
最早的 条形激 光器是 采取电 极条形 或质子 轰击条 形。
增 益 波 导
注：在侧向的光学限制为所谓“增益波导”。实质上，它只是限制电流流经的通道，这种限制不可避免地 存在注入电流的侧向扩展和注入载流子的侧向扩散。增益波导对光场的侧向渗透实际上没有限制作用，其 所谓光波导作用只是相对于损耗而出现光的净增益区域。
定义：
选用晶格常数非常一致的两种半导体材料，如砷化镓(GaAs) 与砷化镓铝 (GaAlAs)，以外延法在 n-GaAs单晶衬底上依次生 长N—GaAlAs(空穴阻挡层)、p-GaAs(激活层)、P-GaAlAs(电 子阻挡层 ) 和 p+ — GaAs( 接触层 ) 等单晶薄层。在激活区 p — GaAs 两侧的两种半导体材料的交接层之间形成两个异质势垒， 这种势垒结构称为双异质结。激光管芯由双异质结半导体构 成的激光器。
DHL工作原理：
由于限制层的带隙比有源层宽，施加正 向偏压后，P层的空穴和N层的电子注入 有源层。 P 层带隙宽，导带的能态比有 源层高，对注入电子形成了势垒，注入 到有源层的电子不可能扩散到P层.同理, 注入到有源层的空穴也不可能扩散到 N 层。这样，注入到有源层的电子和空穴 被限制在厚 0.1 ~ 0.3 µm的有源层内形成 粒子数反转分布，这时只要很小的外加 电流，就可以使电子和空穴浓度增大而 提高增益。 如果有源区厚度 d 比载流子扩散长度小 得多，则载流子就均匀地将有源区填满。 对于这种激光器，复合几乎是均匀地发 生在有源区内的。另外，由于有源区两 侧都是宽带材料，有效折射率发生阶跃， 使光子被限制在有源区中，光场的分布 也是对称的。
(c)在条形有源区 上方通过腐蚀出一 个脊,在其两边的 光反射进有源层而 形成波导,脊周围 的绝缘层有助于使 电流限制在从脊到 有源层的电流通道 内。
有关半导体激光器和光纤激光器
半导体激光器和光纤激光器1916年，爱因斯坦提出受激辐射的概念，1940年有人在研究气体放电试验中，观察到粒子束反转，而谐振腔的引入归功于肖洛，他从法—珀干涉仪那里得到启示，1958年他提出有关激光的设想，1959年9月召开的第一次国际量子电子会议上，肖洛提出了用红宝石作为激光的工作物质并描述了激光器的结构，但他没有获得足够的光能量使粒子束反转，科学叫梅曼丽用氙灯作光抽运解决了这个问题。
1960年6月，梅曼成功操作了一台激光器，7月他用红宝石制成的激光器被公布，世界上第一台激光器就产生了。
半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。
在理论分析方面，以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最为杰出。
1962年师哈尔（Hall）]制定了研制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功，20世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器，这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。
半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器，降低了阀值电流密度，其数值比同质结激光器降低了一个数量级，但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作。
1970年，实现了激光波长为9000Å室温连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs(砷化稼一稼铝砷)激光器，双异质结激光器(DHL)的诞生使可用波段不断拓宽，线宽和调谐性能逐步提高，目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs二极管激光器. 1978年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器(QWL)，它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能，量子阱半导体激光器与双异质结(DH)激光器相比，具有阑值电流低、输出功率高，频率响应好，光谱线窄和温度稳定性好和较高的电光转换效率等许多优点。
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。
常用激光器简介之欧阳治创编
几种常用激光器的概述一、CO2激光器1、背景气体激光技术自61年问世以来，发展极为迅速，受到许多国家的极大重视。
特别是近两年，以二氧化碳为主体工作物质的分子气体激光器的进展更为神速，已成为气体激光器中最有发展前途的器件。
二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10.6微米)在大气“窗口”，而且它正向连续波大功率和高效率器件迈进。
1961年，Pola-nyi指出了分子的受激振动能级之间获得粒子反转的可能性。
在1964年1月美国贝尔电话实验室的C.K.N.Pate研制出第一支二氧化碳分子气体激光器，输出功率仅为1毫瓦，其效率为0.01%。
不到两年，现在该类器件的连续波输出功率高达1200瓦，其效率为17 %，电源激励脉冲输出功率为825瓦，采用Q开关技术已获得50千瓦的脉冲功率输出。
最近，有人认为，进一步提高现有的工艺水平，近期可以达到几千瓦的连续波功率输出和30~40% 的效率。
2、工作原理CO2激光器中，主要的工作物质由CO₂，氮气，氦气三种气体组成。
其中CO₂是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。
加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。
氮气加入主要在CO₂激光器中起能量传递作用，为CO₂激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。
CO₂分子激光跃迁能级图CO₂激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。
放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。
这时受到激发的氮分子便和CO₂分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO₂分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。
3、特点二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器的高度相干性和频率稳定性的特点,而且还具有另外三个独有的特点：（1）工作波长处于大气“窗口”，可用于多路远距离通讯和红外雷达。
（2）大功率和高效率( 目前，氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦，其效率为0.17 %，原子激光器的连续波输出功率一般为毫瓦极,其效率约为0.1%，而二氧化碳分子激光器连续波输出功率高达1200瓦,其效率为17%）。
激光器工作原理
激光器工作原理嘿，咱们今天来聊聊激光器这神奇的玩意儿的工作原理。
我还记得有一次，我去参加一个科技展览。
在那里，有一个展示激光器工作的展台，围了好多好奇的人，我也凑了过去。
那时候，我就特别想搞清楚这激光器到底是怎么运作的。
其实啊，激光器的工作原理说起来还挺有趣的。
激光器的核心就是激光增益介质，这就好比是激光器的“心脏”。
它可以是气体、固体或者液体。
比如说氦氖激光器里的氦氖混合气体，或者红宝石激光器里的红宝石晶体。
激光增益介质有个神奇的特点，它能让处于特定高能级的粒子数量多于低能级的粒子数量，这种状态叫做粒子数反转。
想象一下，就好像一群小朋友在操场上，本来应该是低年级的小朋友多，结果变成了高年级的小朋友更多，是不是有点奇怪？但在激光器里，这就是关键！有了粒子数反转还不够，还得有激励源来“推波助澜”。
激励源就像是给运动员加油打气的啦啦队，它给增益介质提供能量，让粒子们兴奋起来，达到粒子数反转的状态。
常见的激励方式有光激励、电激励和化学激励。
然后呢，光子在增益介质中来回穿梭，被放大增强。
这就像在一个满是镜子的房间里，一个光子进来，不断地被反射、放大，越来越多，越来越强。
当光强大到一定程度，一部分光就会从谐振腔的一端输出，形成我们看到的激光。
这谐振腔就像是一个精心设计的赛道，只有符合特定条件的光才能跑出来。
比如说，在一些激光切割的工厂里，工人师傅们就靠着精准强大的激光，把厚厚的钢板像切豆腐一样轻松切开。
那激光束划过钢板，瞬间火花四溅，切口平滑整齐，真是让人惊叹不已！再想想医院里的激光治疗，用精准的激光去除皮肤的病变，又安全又有效。
总之，激光器这东西，看似神秘，其实原理也没那么复杂。
只要我们深入了解，就能发现它在我们生活中的各种神奇应用。
希望今天讲的这些能让您对激光器的工作原理有更清楚的认识，说不定哪天您也能用上这些知识，创造出更有趣的东西呢！。
GaAs光电特性的研究报告
GaAs的光电特性及GaAs太阳能电池研究报告成都信息工程学院材料性能学作业材料物理092班游富摘要：（1）砷化镓是一种重要的半导体材料。
属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。
化学式GaAs，分子量144.63，属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。
砷化镓于1964年进入实用阶段。
砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。
由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。
用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。
此外，还可以用于制作转移器件──体效应器件。
砷化镓是半导体材料中,兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功率器件。
虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在高温下分解，故要生长理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高。
（2）光电效应是指在光照照射后释放电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。
光电效应是光与材料的核外电子之间的相互作用。
只有当入射光的频率高于材料的极限频率时，材料才会发射光电子，产生光电子。
光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子。
（3）GaAs光电阴极在进行Cs2O激活前,激活层表面必须达到原子级洁净。
最常用且最有效的洁净方法是高温热清洗法。
然而,在热清洗过程中对处在真空系统中的光电阴极表面温度进行精确测量却是非常困难的。
本文采用四极质谱仪对GaAs光电阴极激活前的热清洗过程进行分析,确定了最佳的热清洗温度及热清洗工艺,较好地解决了GaAs光电阴极激活前的热清洗工艺问题。
（4）在众多的半导体材料中，砷化镓(GaAs)有较高的光吸收系数，其能带可以与太阳光谱有很好的匹配，且耐辐照性能强，工作温度范围宽，很适合制作太阳电池空间电源。
单结砷化镓(GaAs)太阳电池只能吸收特定光谱范围的太阳光，其转换效率不高。
高功率GaAlAs_GaAs量子阱SCH半导体激光器
Ξ光 电 子²激 光 第10 卷 第 6 期 1999 年 12 月 JOU RNAL O F O PTO EL ECTRON ICS ²LA SER V o l. 10 N o. 6 D ec. 1999高功率 G aA l A s ƒGaA s 量子阱 SCH 半导体激光器宋晓伟 张宝顺 李 梅 薄报学(长春光机学院高功率半导体激光国家重点实验室, 长春 130022)摘要 利用分子束外延生长装置生长出了 GaA l A s ƒGaA s 梯度折射率分别限制 (GR I N 2SCH ) 单量子阱 结构材料。
样品的测量结果表明, 样品质量达到了设计要求。
利用该材料制作的激光二极管, 室温连续工作, 功率为 1 W , 斜率效率达到 1. 04 W ƒA 。
关键词 半导体激光器; 分别限制结构; 量子阱H i gh Power GaA lA s ƒGaA s S CH La sersSong X iaow ei Zhang Bao shun L iM ei Bo Bao xue(State Key L abo rato ry of H igh Pow er Sem iconducto r L asers , Chan gch un In stitu te of Op t ics and F ine M echan ics , Chan gch un 130022)Abstra ct T h e GaA l A s ƒGaA s m ater ial w ith grad ien t ref ract i o n in dex sep arate co n f in em en t sin gle quan 2 tu m w e ll st ructu re h as been grow n by M BE m etho d . T h e exp er i m en tal resu lt s show th at sam p le ’s qual 2 ity h as reach ed requ irem en t o f design . T h e o u t p u t pow er o f laser d i o de s w ith th e m ater ial is up to 1 W an d th e slop e eff icien cy is as h igh as 1. 04 W ƒA . Key words sem iconducto r laser ; SCH ; quan tum w ell掺杂的 GaA l A s 下波导层, 厚度 d 3 = 0. 15 Λm ; 4) 未1 引言掺杂的 GaA l A s 有源层, 厚度 d 4 = 0. 008 Λm ; 5) 未掺半导体激光器的应用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。
利用泵浦探测技术测量GaAs的超快动力学特性
利用泵浦探测技术测量GaAs的超快动力学特性实验目的1.了解532nm连续激光器，钛宝石飞秒激光器的工作原理和操作方法。
2.搭建自相关信号的测量光路，通过获得自相关曲线得到脉冲宽度信息。
3.搭建泵浦—探测实验光路，测量GaAs和LT—GaAs的泵浦—探测曲线，获得半导体材料中载流子超快动力学特性信息。
实验仪器利用泵浦探测技术测量GaAs的超快动力学特性的实验仪器包含：光源、光学元件、检测器件和其他四类。
光源：连续532nm激光器和锁膜钛宝石激光器。
图1 连续532nm激光器内部结构示意图图2 锁膜钛宝石激光器内部结构示意图光学元件：反射镜、凸透镜、凹透镜、分光镜、带通滤光片和连续可调衰减片。
检测器件：锁相放大器、斩波器、计算机、光纤探头、光纤光谱仪、硅探测器、功率计和光电探测器。
其他：光阑、BBO晶体、纳米平移台、待测样品和挡光板（Light Barrier）。
实验原理1. 自相关实验：脉冲强度自相关法是测量光脉冲宽度的典型技术，具有无背景、信噪比高等优点，是飞秒激光系统中必备的测试手段。
图1-1为测量飞秒脉冲宽度的脉冲强度自相关装置示意图。
一束脉冲列经分束镜分成光强近似相等的两列脉冲，一束经固定光臂为信号脉冲I(t),另一束经可变光臂形成延迟为t的参考脉冲I(t－τ)，经透镜非共线地聚焦于倍频晶体BBO上，产生二次谐波，信号由光电倍增管检测。
由自锁模钛宝石激光器产生的脉冲光经分束片分成两束，两光束偏振方向相互平行。
两束光分别经过固定光路与可变光学延迟线后非共线地聚焦到样品上。
图中所示，绿框内为一维纳米平移台，也就是可变延迟线，它的移动由计算机控制；BBO是倍频光学晶体，当两束激光的脉冲在BBO晶体内时间域完全重合时，可以产生自相关信号，此信号经由光电探测器接收，斩波器放置在其中一束光的光路上，斩波频率输入到锁相放大器作为参考频率，光电探测器将光信号转换为电信号，此电信号经过相放大器放大后，输入至计算机，通过移动一维获得激光脉冲的自相关实验信号，利用数据拟合得到激光脉冲的时域宽度。
半导体激光器输出特性的影响因素
半导体激光器输出特性的影响因素半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应用。
下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。
1． 波长半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)。
hf = Eg f (Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长且c=3×108m/s ， h ×10−34 J ·s ，×10−19 J得决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。
不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg ，因而有不同的发射波长λ：GaAlAs-GaAs 材料适用于0.85 μm 波段， InGaAsP-InP 材料适用于1.3~1.55 μm 波段。
温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。
2． 光功率半导体激光器的输出光功率其中I 为激光器的驱动电流，P th 为激光器的阈值功率；I th 为激光器的阈值电流；ηd 为外微分量子效率；hf 为光子能量；e 为电子电荷。
hf 、e 为常数，Pth 很小可忽略。
由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I 、阈值电流I th 以及外微分量子效率ηd 。
驱动电流是可随意调节的，因此这里主要讨论后两者。
除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。
1〕阈值电流半导体激光器的输出光功率通常用P-I 曲线表示。
当外加正向电流到达某一数值时，输出光功率急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流，用I th 表示。
当激励电流I< I th 时，有源区无法到达粒子数反转，也无法到达谐振条件，以自发辐射为主，输出功率很小，发出的是荧光；当激励电流I> I th 时，有源区不仅有粒子数反转，而且到达了谐振条件，受激辐射为主，输出功率急剧增加，发出的是激光，此时P-I 曲线是线性变化的。
GaAs-GaAlAs光阴极的XPS深度剖析
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟GaAs/GaAlAs 光阴极的XPS 深度剖析GaAs 光阴极是一种高性能光阴极，它由GaAs/GaAlAs 外延片和玻璃基底粘接而成。
为了了解外延片的元素深度分布和各层的均匀性，利用X 射线光电子能谱和Ar 离子刻蚀来进行深度剖析。
结果表明，由于送样过程中曾短暂暴露大气,因而GaAs 光阴极表面吸附有少量C、O 污染，并且GaAs 表层被氧化；GaAs 层中的Ga、As 元素含量非常均匀，约为3：2，富Ga;而GaAlAs 层中的Ga、Al 和As 含量比约为1：1：2，Ga 略少于Al，但稍大于Ga0.42Al0.58As 的比例。
Ar 离子枪采用3 kV、1 uA 模式,刻蚀面积1 mm 乘以 1 mm，结合C-V 测试得到的各层厚度数据，可以计算出该模式下各层的刻蚀速率，GaAs 层的刻蚀速率约为1.091nm/s，而GaAlAs 层约为0.790nm/s，并且推算出GaAs 的溅射产额为4.00，GaAlAs 的溅射产额为2.90。
砷化镓(GaAs)光阴极灵敏度高、光谱响应范围宽，在军事、警用、天文等弱光探测领域有广泛的应用。
GaAs 光阴极对像增强器等光电器件的性能有很大影响，尤其是GaAs 激活层和GaAlAs 缓冲层的均匀性。
对于GaAs 光阴极各层界面的深度剖析，大多是利用俄歇电子能谱(AES)进行的，但是AES 对表面结构存在一定的破坏性。
X 射线光电子能谱(XPS)对表面的损伤非常微弱，半定量分析更为准确，在深度剖析的应用中更能准确地说明元素的二维深度分布。
实验利用XPS 来分析GaAs 光阴极表面的元素组成，并结合Ar 离子枪进行深度刻蚀，测定GaAs/GaAlAs 外延片各层中的元素纵深分布，获取各层的深度剖析谱Ar 离子的刻蚀速率式中: S 为刻蚀速率(cm/s)；结论实验用GaAs/GaAlAs 光阴极各层的含量均匀,具有清晰的层状结构。
光纤通信简明教程部分参考答案
第一章习题1-1 什么是光纤通信? 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO 2的光纤,它是工作在电磁波的哪个区?波长范围是多少?对应的频率范围是多少? 光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO 2的光纤。
它是工作在近红外区，波长为0.8～1.8μm ，对应的频率为167～375THz 。
1-2 试画出光纤通信系统组成的方框图。
一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
1-3 通信系统的容量用BL 积表示，B 和L 分别是什么含义?系统的通信容量用比特率—距离积表示，B 为比特率，L 为中继间距。
1-4 光纤通信的主要优点是什么?光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。
(1) 通信容量大 (2) 中继距离远(3) 抗电磁干扰能力强，无串话 (4) 光纤细，光缆轻(5) 资源丰富，节约有色金属和能源。
光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。
因而经济效益非常显著。
1-5 请查阅最新资料论述光纤通信的发展趋势。
略第二章习题2-1 一个频率为Hz 的光14106⨯源，其发射功率为10W ，它一秒内发射多少个光子? 解：191434141052.210610626.610106,10⨯=⨯⨯⨯==⨯==-ννh P N HzW P2-2 如下两种光纤，临界角满足什么条件可以保持光在纤芯中传播? （1） 对于石英光纤，纤芯的折射率48.11=n ，包层的折射率46.12=n 。
（2） 对于塑料光纤，纤芯的折射率495.11=n ，包层的折射率402.12=n 。
解：由 12sin n n c =ϑ 得 121sin n n c -=ϑ （1）︒==-57.8048.146.1sin1c ϑ （2）︒==-94.73495.1402.1sin 1c ϑ2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。
《半导体光电学》课后习题
《半导体光电学》课后习题第一章半导体中光子-电子的相互作用思考与习题1、在半导体中有哪几种与光有关的跃迁，利用这些光跃迁可制造出哪些类型的半导体光电子学期间。
2、为什么半导体锗、硅不能用作为半导体激光器的有源介质，面却是常用的光探测器材料？3、用量子力学理论证明直接带隙跃迁与间接带隙跃迁半导体相比其跃迁几率大。
4、什么叫跃迁的K选择定则？它对电子在能带间的跃迁速率产生什么影响？5、影响光跃迁速率的因素有哪些？6、推导伯纳德-杜拉福格条件，并说明其物理意义。
7、比较求电子态密度与光子态密度的方法与步骤的异同点。
8、在半导体中重掺杂对能带结构、电子态密度、带隙、跃迁几率等带来什么影响？9、什么叫俄歇复合？俄歇复合速率与哪些因素有关？为什么在等长波长激光器中，俄歇复合是影响其阀值电流密度、温度稳定性与可靠性的重要原因？10、比较严格k选择定则与其受到松弛情况下增益-电流特性的区别。
11、带尾的存在对半导体有源介质增益特性产生哪些影响？12、证明式（1.7-20）。
13、说明图1.7-5和图1.7-6所依据的假设有何不同？并说明它们各自的局限性。
第二章异质结思考与习题1、什么是半导体异质结？异质结在半导体光电子器件中有哪些作用？2、若异质结由n型（）和P型半导体（）结构，并有，，，试画出np 能带图。
3、同型异质结的空间电荷区是怎么形成的？它与异质结的空间电荷形成机理有何区别？4、推导出pn 异质结结电容与所加正向偏压的关系，的大小时半导体光电子器件的应用产生什么影响？5、用弗伽定律计算半导体当x=0.4时的晶格常数，并求出GaAs 的晶格失配率。
6、探讨在Si 衬底上生GaAs 异质结的可能性。
7、用半导体作为激射波长为可且光激光器的有源材料，计算其中AlAs 的含量。
8、由经验得出，当时,能与很好的晶格匹配，试求出激射擅长为时的x ，y 值. 9、为了减少载流子激光器有源区中泄漏，能否无限制地增加异质结势垒高度，为什么？10、如取有源层与限制层带隙差,相对折射率2/n n ∆(2n 为有源层的折射率)为，试设计的可见光半导体激光器，即求出有源层和限制层的合理组分. 第三章 平板介质光波导理论思考与习题1、论述光波导致应在异质结激光器中的作用，在垂直于异质结平而方向上的光波导是怎样形成的？2、要想在激射波长为1.3um 的双异质结激光器中得到基横模。