半导体激光器

五、半导体激光器当前发展趋势
• 半导体激光器当前发展的两个主要方向是提高器件功率水 平和采用 表面发射技术
五、半导体激光器当前发展趋势
1.大功率半导体激光器
大功率半导体激光器分单模工 作和多模工作两类。对单模运 转，功率超过100mW即算是大 功率，而多模工作的器件输出 可达千瓦量级，且通常在半导 体阵列中实现。
五、半导体激光器当前发展趋势
•表面发射结构便 于制成二维阵列 ，这在以下两方 面非常有利
五、半导体激光器当前发展趋势
• 首先，如果阵列中的每 个激光器可单独开关， 则相当于很多独立放大 器，可被应用于光记忆 、光计算及光学数据存 储等。
五、半导体激光器当前发展趋势
• 其次，当阵列中的大量二 极管激光器同时发射时， 可产生很高的功率输出， 非常适合泵浦固体激光器 。此外，这种器件还可用 宽面发射来进一步提高输 出功率。
阈值越小；（3）在一定范围内，腔长越长，阈
值越低；（4）温度对阈值电流的影响很大，半 导体激光器宜在低温或室温下工作。
同质结半导体激光器的阈值电流密度很高，达 3×104—5×104 A/cm2 。这样高的电流密度，将 使器件发热。因此，在室温下，同质结半导体
பைடு நூலகம்
激光器只能以低重复率（几千赫兹至几十千赫
nLwd I t复合 e n c 2 A21 G ν 8 2 ν 2 c 2 f ν G ν J 8 2 ν 2 ed 1 G a ln r r 1 2 内 2 L n c 2 f ν f ν 2 2 f (ν) ν 8 ν t复合 2 2 1 8 ed J阈 a内 ln r1r2 2L c2
兹）脉冲工作 。
四、同质结和异质结半导体激光器
1 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性
方向性：图7.3.8给出了半导体激光束的空间分布示意图。
图7.3.8 激光束的空间分布示意图
四、同质结和异质结半导体激光器
1 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性
光谱特性：图7.3.9是GaAs激光器的发射光谱。 图(a)是低于阈值时的荧光 光谱，谱宽一般为几百埃 图(b)是注入电流达到或大 于阈值时的激光光谱，谱 宽达几十埃。
五、半导体激光器当前发展趋势
• 如果组成阵列的元激光器彼此 相距较远，则每一个独立的激 光模相对于其他激光输出相位 上是随机的，因此光束总体相 干性较差。而这种器件的优点 是具有较好的散热性，所以允 许更高的功率输出。
五、半导体激光器当前发展趋势
• 2.表面发射激光器
• 在激光增值介质结平面 垂直方向上发射的激光 器称为表面发射激光器
(a) 同质结
（b）单异质结
（c）双异质结
四、同质结和异质结半导体激光器
2 异质结半导体激光器
异质结是由不同材料构成的结，形成结的两种材料沿界面具 有相近的结构，以保持晶格的连续性。
四、同质结和异质结半导体激光器
2 异质结半导体激光器
为了克服同质结半导体激光器的缺点，提高功率和 效率，降低阈值电流，研制出了异质结半导体激光器。
外微分量子效率
D
( P Pth ) hν P hν P D (i ith ) e (i ith ) e (i ith )V
功率效率:功率效率定义为激光器的输出功率 与输入电功率之比
P
P iV i 2 RS
四、同质结和异质结半导体激光器
2 异质结半导体激光器
五、半导体激光器当前发展趋势
• 单模激光器实现高功率运转 的主要限制因数有：1.空间 烧孔效应引起多模工作；2 . 当功率很高时，腔镜反射膜 对激光能量的吸收导致膜层 的严重损坏；3.激活区的温 度随电流增加而升高。
五、半导体激光器当前发展趋势
• 多模半导体激光阵列由一排 相互连接的激光器组成。当 它们彼此相互很近时，例如 不超过10μm时，由于相邻激 光模重叠，可以使所有激光 器同相位运转，产生相干输 出。
四、同质结和异质结半导体激光器 • 通过学习我们知道半导体激光器件 ，可分为同质结、单异质结、双异 质结等几种。
• 同质结激光器和单异质结激光器在 室温时多为脉冲器件，而双异质结 激光器室温时可实现连续工作。
课后查阅学习
1.查阅教材学习异质结半导体激光器的性能。 2. 查阅闫吉祥主编教材《激光原理与技术》， 学习了解半导体激光器当前发展趋势 。
半导体激光器
三、半导体激光器的工作原理和阈值条件
1 半导体激光器的基本结构和工作原理 图7.3.6示出了GaAs激光器的结构
图7.3.6 GaAs激光器的结构
三、半导体激光器的工作原理和阈值条件
2 半导体激光器的工作阈值 激光器产生激光的前提条件除了粒子数 发生反转还需要满足阈值条件
G ≥a内
1 ln r 1r2 2L
增益系数和粒子数反转的关系也取决于 谐振腔内的工作物质
n c 2 A21 n c 2 Gν f ν f ν 8 2ν 2 8 2ν 2t复合
三、半导体激光器的工作原理和阈值条件
3 半导体激光器的阈值电流
在低温下，假设激光器在一定的时间间隔内，注入 激光器的电子总数与同样时间内发生的电子与空穴复 合数相等而达到平衡
图(a) 低于阈值
图(b) 高于阈值
四、同质结和异质结半导体激光器
1 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性
转换效率 注入式半导体激光器是一种把电功率直接 转换为光功率的器件，转换效率极高。转换效
率通常用量子效率和功率效率量度。
四、同质结和异质结半导体激光器
1 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性
四、同质结和异质结半导体激光器
1 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性
伏安特性：与二极管相同，具有单向导电性，如图 7.3.7 阈值电流密度： 影响阈值的因数很多。
图7.3.7 GaAs激光器的伏安特性
影响阈值电流密度的因数有：（1）晶体的掺杂 浓度越大，阈值越小；（2）谐振腔的损耗越小，