激光二极管的结构及性能特点
半导体激光器LD
B 输出的波长为：
2 B
2ne Le
(m 1 / 2) m是纵模的阶数
谢谢
激光测距、医疗军事等领域得到广泛的应用。在光信息处理、光计算等新领 域也将发挥重要的作用。
二、半导体激光器的工作原理
1.受激吸收：在电流或光作用下，价带中的电子获得能量跃迁的导
带中，在价带中留下一个空穴，称为受激吸收。这就必须要有足够强 的电流注入，即有足够的粒子数反转，粒子数反转程度越高，得到的 增益就越大，即要求必须满足一定的电流阈值条件。
三、半导体激光器的一般构成
光反馈装置 输出光 有源区 频率选择元件 光波导
LD的通用结构 构成部分： 1.有源区 有源区是实现粒子数反转分布、有光增益的区域。 2.光反馈装置 在光学谐振腔内提供必要的正反馈以促进激光振荡。 3.频率选择元件 用来选择由光反馈装置决定的所有纵模中的一个模式。 4.光波导 用于对所产生的光波在器件内部进行引导。
2.自发辐射与受激辐射：导带的电子不稳定，向价带跃迁与空穴
复合而放出光子——光辐射。如果跃迁是自发的，则光子具有随机的 方向、相位及偏振态，称为自发辐射；如果受到入射光子的激励，辐 射的光子与入射光子有相同的方向、相位及偏振态，称为 - E1 = hv hv
E2 E1 (a) 受激跃迁
天津大学电子信息工程学院 School of Electronic Information Engineering
半导体激光器
朱守奎 ，马小品 2014年11月7日
一、简单介绍
1. 激光：英文LASER是Light Amplification by Stimulated Emission
of Radiation (受激辐射放大光)的缩写。
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：RW激光二极管是一种具有小波导宽度的激光器件。
通过减小波导宽度，可以增加光场的强度和模式对抗，从而获得单模输出。
RW激光二极管具有小巧、高效、低阈值电流等优点，适用于光通信、激光打印等领域。
六、Tapered Amplified（TA）结构激光二极管：TA激光二极管是一种具有渐变结构的激光器件。
激光二极管的原理及应用
激光二极管的原理及应用1. 引言激光二极管是一种将电能转化为光能的电子器件，常用于激光打印机、激光雷达、光通信等领域。
本文将介绍激光二极管的工作原理以及其在不同应用领域中的具体应用。
2. 激光二极管的工作原理激光二极管是基于半导体材料的器件，其工作原理是利用电流通过半导体器件时，会产生光的现象。
以下是激光二极管的工作原理的详细说明：•半导体材料：激光二极管常使用的半导体材料包括镓砷化物（GaAs）、镓铍砷化物（GaInAs）、镓锗磷化物（GaGeP）等。
这些材料具有较高的载流子浓度和较高的流动率，使得电流传输效果良好。
•P-N结构：激光二极管采用P-N结构，即在半导体材料上形成P型和N型区域。
P型区域富集正电荷，而N型区域富集负电荷，从而形成PN结。
•注入激活：当通过激光二极管的材料施加外部电压时，电流将从P 区域流向N区域，载流子（正电荷或负电荷）将注入P-N结中。
•电子复合：当正电荷和负电荷在P-N结中相遇时，它们会发生复合，从而释放出能量。
这些能量以光的形式被发射出来，产生激光束。
•反馈：激光二极管内部设置了光反馈结构，使得激光在多次来回反射后形成稳定的光子增强效应，从而增强激光输出。
3. 激光二极管的应用激光二极管由于其小型化、低功耗、高效能的特点，被广泛应用于多个领域。
以下是几个常见的应用领域：3.1 激光打印机激光打印机是目前最常见的激光二极管应用之一。
通过激光二极管的工作原理，激光打印机可以将输入的数字信号转化为高质量的图像或文字。
激光二极管作为打印机的光源，可以将光束精确地聚焦到打印介质上，从而实现高速、高精度的打印效果。
3.2 光通信激光二极管也被广泛应用于光通信领域。
激光二极管作为光源，可以将数字信号转化为高速的光信号进行传输。
光通信技术具有高传输速率、大带宽、低衰减的特点，适用于长距离通信和高容量数据传输。
3.3 激光雷达激光二极管被应用于激光雷达系统中，用于测量距离、速度、方向等目标物理参数。
LD激光二极管重要参数与特征
发光二极管(LED Light Emitting Diode)
•
发光二极管是最早被用来作光纤通讯传输的光源，传输用的
光源波段主要有有780、850及1300nm等，最常用来设计为短距
离(数十至数百公尺)的数据传输如G-Ethernet、Fire-wire，作为短
距通讯主要原因除了制程简单、价格便宜外，另外是因为二极管
在低驱动电流时，只存 在自发辐射现象。在受激辐 射阈值点附近，曲线形状会 有一个显著的变化，光功率 随电流的增加而急剧增大。
阈值电流是激光二极管 开始振荡的正向电流。
阈值与消光比
从理想状态讲，当数字电信号为“0”时，光发送机应该不发光； 只有当数字电信号为“1”时光发送机才发出一个传号光脉冲。但实际 上这是不可能的。以LD为例，由于要对它进行予偏置，且使其偏置 电流IB略大于阈值电流Ith。因此即使在数字电信号为“0”的情况下， LD也会发出极微弱的光（莹光）。当然这种发光越小越好，于是就 引出了消光比的概念。
第一种类型(a)为受激吸收。能量为hv=E2- E1的光子 对拥有一个能量为E1的电子的原子产生冲击时，光子就会 被吸收，并且原子中的该电子能量从E1跃迁到E2，这种现 象就称之为受激吸收 。
第二种类型(b)为自发发射。能量为E2的电子为非稳定 态，它很快会回到基态，当拥有一个能量为E2的电子的原 子释放出一个光子（hv）时，原子中的该电子能量从E2跃 迁到E1，这种现象就称之为自发发射。
1. 临界电流（Ith）在室温附近为最小，升高或降低环
VCSEL
最小
小
中
境温度，都会使得Ith 增加。 2. Slope Efficiency 在室温附近为最大，升高或降低环
境温度，都会使得 斜率下降。
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激光二极管和一般的二极管有相似的P-N接面结构，而其差异主要是半导体激光具有一对镜面做为共振腔。
目前激光二极管的种类很多，而且结构变化快速。
以下介绍几种主要的结构。
（1）单异质结构︰早期的激光二极管，P和N型都是同质的半导体，称为均质激光。
因对光及注入电流的控制太差，且只能在低温下操作，因此实用性不佳。
单异质结构（single heterostructure）激光就是针对均质激光的缺点而发展出来的，其中反应区域是由不同材质的P型和N型所形成。
例如，若以P型砷化镓为材质，则反应区域的两边分别由不同电性但相同材料N型砷化镓，以及由能隙较大的不同材料如P型砷化铝镓所构成，因为只有一边是异质结构，所以称为单异质结构。
这种异质接面对注入的电荷有相当的局限作用，而且，因折射率的差异，可防止激光从异质接面脱逃，因此效率大增。
不过它只对一边有所助益，效益仍不高。
（2）双异质结构︰双异质结构（double heterostructure）反应区两边都由能隙较大的材料所组成，例如，P型砷化镓活性层是夹在P型砷化铝镓和N型砷化铝镓之间，由于砷化铝镓可以同时限制注入电流的电子与电洞，而且两面可防止激光由共振腔周围逸散，因而提高其效率，目前商品化的半导体激光，多采用这种结构。
（3）量子井结构︰当双异质结构的活性层厚度减到约只有100埃左右时，电子的波动性质将会较显著，此时必须考虑量子效应。
活性层可视为一量子井（quantum well），载子（电子或电洞）的能量由连续的分布转变成为几个特定值的能阶。
而且活性介质层厚度愈薄，波长愈短，所以可发展成可见光激光二极管。
（4）垂直共振腔面射型激光︰另一类发展迅速的激光二极管是垂直共振腔面射型激光（vertical cavity surface emitting laser），由于它的共振腔非常短，增益物质（gain media）少，输出功率也受到极大的限制，典型的垂直共振腔面射型激光输出功率在1毫瓦左右。
2.2 二极管结构
将检测到的信号送到激光功率自动控制(APC)电路，以控
制半导体激光器的驱动电流，从而控制激光发射功率， 使激光功率保持恒定。
图2.8 普通型激光二极管的内部结构
图2.9 激光二极管外型
普通激光二极管有3个引出脚：激光器引出脚AL、光电 二极管引出脚AP及公共引脚K，其封装形式有M型、P型、N 型3种，如图2.10所示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图2.10 封装形式
激光二极管结构
激光发射系统主要由激光二极管组成。普通型激光 器主要由激光二极管(LD)、光敏二极管(PD或MD)、散 热器、管帽、管座、管脚等构成，如图2.8所示，外型如 图2.9所示。CD/VCD激光器产生的激光波长一般为 780nm，(普通DVD激光器产生激光波长为650nm，蓝 光DVD波长为405nm)并从发射窗射出，激光的波长越 短，效果越好。激光器产生激光时会发热，散热器起散 热作用。激光器有负温度特性，它产生的激光的功率随 温度而变化。光敏二极管对发射的激光功率进行检测，
二极管激光器原理
二极管激光器原理
二极管激光器是一种基于半导体材料的激光器，它利用了PN
结的特性来实现激光输出。
首先，二极管激光器由一个PN结构组成，其中P部分富集了
正电荷，N部分富集了负电荷。
当二极管激光器接通电源时，载流子（电子和空穴）会在PN结中传输。
其次，二极管激光器在PN结上施加一个反向偏置电压，使电
流通过PN结时形成一个薄的耗尽层。
这个耗尽层的宽度决定
了二极管激光器的工作模式。
当外加的电压增加到一定程度时，耗尽层的宽度减小到接近零，即形成一个反向偏置的窄耗尽层。
这个窄耗尽层中，电流将主要通过载流子再组合来达到激光放大的效果。
当电流通过载流子再组合时，其中的一部分载流子会发生辐射跃迁，即发射激光。
为了增加激光输出的能力，二极管激光器通常加入一种增益介质，如量子井或量子阱。
最后，二极管激光器的输出光束是相干和单色的。
这是因为激光产生的反射只会沿着光轴传播，而且激光发射的频率由PN
结材料决定。
二极管激光器由于其小型化、高效率和易于集成等特点，在通信、雷达、医疗和光学传感等领域得到广泛应用。
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。
3. 提高波长范围：目前激光二极管的波长范围主要集中在800nm至1000nm之间。
未来的发展趋势是扩大波长范围，以满足更多应用需求。
4. 提高集成度：随着微电子技术的不断发展，未来激光二极管将更加小型化和集成化，可以实现更广泛的应用。
《GaN基绿光激光二极管外延结构设计及其光电性能研究》
《GaN基绿光激光二极管外延结构设计及其光电性能研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，半导体激光器在通信、显示、生物医学等领域的应用日益广泛。
其中，GaN基绿光激光二极管以其高亮度、高效率、长寿命等优点，在全彩显示和固态照明等领域具有巨大的应用潜力。
本文将重点研究GaN基绿光激光二极管的外延结构设计及其光电性能。
二、GaN基绿光激光二极管的外延结构设计1. 结构概述GaN基绿光激光二极管的外延结构主要包括n型GaN缓冲层、多量子阱（MQW）活性区、p型GaN层和电极等部分。
其中，MQW活性区是产生激光的核心部分，其结构对激光器的性能具有重要影响。
2. 设计原则外延结构设计需遵循优化光场限制、提高内量子效率、降低阈值电流等原则。
通过调整各层厚度、掺杂浓度以及能级结构等参数，实现绿光激光二极管的优化设计。
3. 具体设计（1）采用高Al组分的AlGaN作为势垒层，以提高电子的注入效率和光场限制能力。
（2）通过优化InGaN量子阱的组分和厚度，提高内量子效率，降低阈值电流。
（3）采用渐变掺杂的p型GaN层，提高空穴的注入效率。
（4）设计合理的电极结构，降低接触电阻，提高电流扩展性能。
三、光电性能研究1. 发光性能通过实验研究GaN基绿光激光二极管的发光性能，包括发光波长、半峰全宽（FWHM）、发光强度等参数。
通过优化外延结构，可实现绿光激光二极管的发光波长稳定在530nm左右，FWHM窄化，发光强度提高。
2. 电学性能通过测试GaN基绿光激光二极管的I-V特性曲线，研究其电学性能。
优化后的结构可降低阈值电流，提高斜率效率，使激光器在低电流下即可产生激光输出。
3. 稳定性与寿命研究GaN基绿光激光二极管的稳定性与寿命。
通过加速老化实验，评估激光器的可靠性及寿命。
同时，通过优化封装工艺，提高激光器的抗环境能力，延长其使用寿命。
四、实验结果与讨论通过实验研究，我们发现优化后的GaN基绿光激光二极管的外延结构可显著提高其光电性能。
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。
总结：激光二极管作为一种重要的光电子器件，具有体积小、功耗低、发射效率高、工作波长范围广和调制速度快等特点。
这些特点使得激光二极管在通信、医疗、制造等领域有着广泛的应用前景。
未来，激光二极管将会随着技术的发展和突破，继续实现其在各个领域的创新和应用。
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）是一种将电能转化为激光能量的半导体器件。
它具有小体积、低成本、高效率和长寿命等优点，广泛应用于通信、医疗、工业和科研领域。
根据不同的工作原理和结构设计，激光二极管可分为以下几种类型。
1. 光电流二极管（Photodiode Laser）光电流二极管是一种将光信号转化为电信号的器件，常用于光通信和光测量等应用。
它的结构类似于普通的二极管，但特殊的材料和工艺使其能够在光照下产生电流。
光电流二极管可应用于光电转换、光电检测、光电控制等领域。
2. 共振腔二极管（Resonant Cavity Laser Diode）共振腔二极管是一种在半导体材料内部形成谐振结构的激光二极管。
它通过在半导体层之间插入一层高折射率材料形成共振腔，从而实现光的共振放大，提高激光输出功率和光束质量。
共振腔二极管广泛应用于光纤通信、激光打印和激光雷达等领域。
3. 超晶格二极管（Superlattice Laser Diode）超晶格二极管是一种利用半导体材料的超晶格结构实现激光增强的器件。
超晶格结构是由若干个周期性交替排列的亚晶层（sub-layers）组成的，具有调控能带结构的能力。
超晶格二极管由于其较小的突破电压和较高的散射效应，被广泛应用于高速通信和微波光电子学等领域。
4. 高斯模式二极管（Gaussian Mode Laser Diode）高斯模式二极管是一种结构紧凑、输出光束质量高的激光二极管。
它采用高斯光束的波前调控技术，将横向模式形成在较小的发光区域内，从而获得更好的模式控制和光束品质。
高斯模式二极管适用于需要高功率和高光束质量的激光应用，如激光制造和激光雷达。
5. 大功率二极管（High Power Laser Diode）大功率二极管是一种输出功率较高的激光二极管。
它通过优化器件结构和工艺流程，提高发光效率和散热性能，从而实现高功率输出。
大功率二极管广泛应用于激光切割、激光焊接和激光打标等领域，满足对高功率激光的需求。
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发射光谱随注入电流而变化。
IIt 发射激光，光谱突然变窄。
因此，从激光二极管发射光谱图上可以确定阈值电流。
当注入电流低于阈值电流时光谱很宽，当注入电流达到阈值电流时，光谱突然变窄，出现明显的峰值，此时的电流就是阈值电流。
IIt 激光辐射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：T/T0) Ith(T)?Aexp(式中T0是衡量阈值电流Ith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，T0值越大，表示Ith对温度变化越不敏感，器件的温度特性越好。
激光二极管知识
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（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。
半导体激光二极管的基本结构如图所示，垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里——珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。
其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。
半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。
当半导体的PN结加有正向电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子，其公式如下：λ = hc/Eg (1)式中：h—普朗克常数；c—光速；Eg—半导体的禁带宽度。
上述由于电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。
当自发辐射所产生的光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子—空穴对附近，就能激励二者复合，产生新光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。
如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。
当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。
当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出具有良好谱线的相干光——激光，这就是激光二极管的简单原理。
随着技术和工艺的发展，目前实际使用的半导体激光二极管具有复杂的多层结构。
常用的激光二极管有两种:①PIN光电二极管。
激光二极管原理及应用
激光二极管原理及应用
一、激光二极管的原理
激光二极管是一种基于半导体结构的激光发射器件，其工作原理基于
电子与空穴在半导体材料中的复合过程。
其中，半导体材料通常由两种类
型的杂质掺杂形成，一个是掺杂有过剩电子的n型材料，称为n型半导体；另一个是掺杂有过剩空穴的p型材料，称为p型半导体。
将n型和p型材
料堆叠在一起，形成一个p-n结，就形成了激光二极管。
当外加电压施加到激光二极管的p-n结上时，p区域中的空穴和n区
域中的电子受到电场的作用，开始向引线电极的方向运动。
当空穴和电子
在p-n结处重新结合时，会释放能量，这个能量就转换为光子。
由于p-n
结处的能带结构唯一，电子和空穴的能量差是固定的，所以激光二极管所
发出的光的能量是固定的，并具有较窄的频谱。
二、激光二极管的应用
1.通信
激光二极管广泛应用于现代通信领域。
其被用作传输高速数据的光源，用于构建光纤通信系统。
激光二极管的小尺寸、高效率和低成本使其成为
通信领域的首选光源。
并且，激光二极管还可以用于光纤通信系统中的激
光调制和检测。
2.激光打印机
3.医学
4.显示技术
5.指纹识别与面部识别
总结：
激光二极管作为一种具有特殊光学特性的半导体器件，其工作原理基于半导体材料的电子空穴复合过程。
激光二极管在通信、激光打印机、医学、显示技术等领域都有广泛的应用。
它已经成为现代科技领域不可或缺的重要组成部分。
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。
此外，还有单量子阱和多量子阱激光二极管。
单量子阱激光二极管是指只有一个半导体材料薄膜用于激发光辐射的器件。
多量子阱激光二极管是指在n-p结上堆叠多个带隙不同的半导体材料薄膜，以增强激发效果。
单量子阱激光二极管和多量子阱激光二极管具有高温工作、高功率输出和窄线宽等特点，适用于光纤通信、材料加工和激光雷达等领域。
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。
5.兼容性好：激光二极管的工作电流和电压较低，可以与现有的电子器件兼容。
五、激光二极管的应用领域1.光通信：激光二极管作为光源，用于光纤通信和无线通信，具有高带宽和低损耗的优势。
2.光存储：激光二极管用于光碟机、DVD和蓝光光驱等光存储设备，实现数据的读写和存储。
3.激光打印：激光二极管用于激光打印机，可以高速、高精度地打印文字和图像。
二极管激光平行光管
二极管激光平行光管二极管激光平行光管是一种光学元件，主要用于产生平行光束。
它由二极管激光器和光学系统组成，具有高亮度、高稳定性和高平行度等特点。
本文将对二极管激光平行光管的工作原理、应用领域以及未来发展进行介绍。
首先，我们来了解二极管激光平行光管的工作原理。
二极管激光平行光管的核心是二极管激光器。
二极管激光器是一种利用半导体材料电流注入产生激光的器件。
在二极管激光器中，正向电流通过二极管结构，激活半导体材料中的电子和空穴。
当电子和空穴再结合时，会发生光致辐射，产生激光。
激光通过光学系统进行整形和聚焦，最终形成平行光束。
二极管激光平行光管的应用领域广泛。
首先，它常用于激光显示器和光通信系统中。
激光显示器需要高亮度和高稳定性的光源，而二极管激光平行光管正好满足这些要求。
光通信系统中，二极管激光平行光管可以作为发光二极管，用于发送激光信号。
其次，它也被应用于激光打印机、光刻机和光学测量仪器等领域。
激光打印机需要高质量的平行光束来实现高分辨率的打印，而二极管激光平行光管可以提供稳定的平行光束。
光刻机和光学测量仪器中，二极管激光平行光管可以用于光束整形和聚焦，提高系统的光学性能。
未来，二极管激光平行光管有望在更多领域发挥作用。
随着光学技术的不断发展，对平行光束的要求越来越高，二极管激光平行光管有望在光通信、光学传感、光储存等领域得到更广泛的应用。
同时，随着二极管激光器的性能提升和制造成本的降低，二极管激光平行光管的市场前景也将变得更加广阔。
总结一下，二极管激光平行光管是一种重要的光学元件，具有高亮度、高稳定性和高平行度等特点。
它的工作原理是利用二极管激光器产生激光，并通过光学系统形成平行光束。
二极管激光平行光管在激光显示器、光通信系统、激光打印机和光刻机等领域有广泛的应用。
未来，随着光学技术的进一步发展，二极管激光平行光管有望在更多领域发挥作用，并取得更大的市场份额。
LD激光二极管重要参数与特征
水平方向的圆锥体能量，为发光中心点的一半，此时所形成的夹角，即为Horizontal Beam Divergence（θ‖）」。 9 而对于垂直分量（Y轴）而言，其发散角的范围为：「从发光中心点往两边Y轴方向延伸，直到 其垂直方向的圆锥体能量，为发光中心点的一半，此时所形成的夹角，即为Vertical Beam Divergence（θ┴）」。
1550nm左右，与FP的结构不同处，是DFB沿着共振腔体外部加上一层
ห้องสมุดไป่ตู้
光栅(Grating)，使雷射光仅允许单一波长光源存在于腔体中，我们称为
单一纵向模态(SLM Single Longitudinal Mode)，此一特性，使得产生的
功率(3~50mW)及线宽(0.8~0.08pm)方面较FP雷射更为优越，但价格也
F-P谐振腔(一)
大多数激光器都会采用图示的谐振腔，即（Fabry-Perot腔），在 这样的结构中，使用了一对平行放置的部分反射镜来构成谐振腔，沿半 导体晶体方向在自然晶体上刻两条平行的裂缝就形成了所谓的解理面， 该面即可充当反射镜。其作用是提供强的纵向光反馈，从而将器件转化 为振荡器，通过增益机理来补偿腔内的光损耗。
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 极限值
Symbol
Parameter
Po
Light output power 出光功率
VRL
Laser reverse voltage 反向电压(激光器)
激光二极管结构
激光二极管结构激光二极管是一种半导体激光器，具有小体积、低功耗、高效率等优点，广泛应用于通信、医疗、测量等领域。
本文将从激光二极管的结构入手，详细介绍其组成部分及工作原理。
一、激光二极管的基本结构激光二极管由五个主要部分组成：n型区、p型区、活性层、端面反射镜和电极。
下面将逐个进行介绍。
1. n型区n型区是指材料中掺杂了大量电子的区域。
在激光二极管中，n型区通常由氮化镓（GaN）或磷化铟镓（InGaP）等半导体材料制成。
这些材料具有良好的导电性能和较高的载流子浓度。
2. p型区p型区是指材料中掺杂了大量空穴的区域。
在激光二极管中，p型区通常由氮化镓（GaN）或磷化铟镓（InGaP）等半导体材料制成。
这些材料具有良好的导电性能和较高的载流子浓度。
3. 活性层活性层是指激光二极管中的激光发射区域。
这里的半导体材料具有特殊的能带结构，能够在电流注入时产生激光辐射。
常用的活性层材料包括氮化镓（GaN）、磷化铟镓（InGaP）和砷化镓（GaAs）等。
4. 端面反射镜端面反射镜是指激光二极管两端的反射镜。
这些反射镜通常由多层介质膜或金属膜制成，可以将激光反射回活性层，形成正向增益。
5. 电极电极是指用于注入电流的金属接触。
在激光二极管中，通常采用p型和n型区分别制作出两个电极，使得电流可以从p型区注入到n型区，并在活性层中产生激光辐射。
二、激光二极管的工作原理当外加正向偏压时，电子从n型区向p型区移动，空穴则从p型区向n型区移动，在活性层中形成电子空穴对。
当这些电子和空穴重新结合时，会释放出能量，产生光子。
这些光子在端面反射镜的反射下，不断增强，最终形成激光束。
三、激光二极管的优点和应用1. 优点（1）小体积：激光二极管具有非常小的体积，可以方便地集成在其他设备中。
（2）低功耗：激光二极管不需要高压电源，功耗非常低。
（3）高效率：激光二极管的能量转换效率很高，可以将大部分电能转化为激光辐射。
2. 应用（1）通信：激光二极管广泛应用于通信领域，如光纤通信、卫星通信等。
二极管激光二极管
二极管激光二极管激光二极管，也被称为LD（Laser Diode），是一种从半导体材料中产生激光的二极管。
它具有小巧、高效、高功率密度和长寿命等特点，被广泛应用于通信、医疗、雷达、激光打印等领域。
本文将介绍激光二极管的原理、结构和应用。
一、激光二极管的原理激光二极管基于半导体材料的PN结构，其工作原理与普通二极管相似。
当施加正向电压时，在PN结附近形成空穴和电子的复合区域，并产生激光辐射。
这种辐射通过抗腐蚀保护的光纤进行输出，形成高亮度的激光束。
二、激光二极管的结构1. 激射区：激光二极管中的激射区是整个结构中最重要的部分。
它由两种不同类型的半导体材料组成，通常是n型和p型硅片。
激光通过激射区的边界界面传输，产生强大的激射能量。
2. 电极：激光二极管的电极通常采用金属材料，如金、铝或合金。
正电极和负电极分别连接到p型和n型半导体层上，以提供适当的电流流动。
3. 光斑腔：光斑腔是激光二极管的另一个重要组成部分。
它由两个弯曲的反射镜组成，用于形成激光反射和放大。
三、激光二极管的应用1. 通信领域：激光二极管广泛应用于光通信系统中。
它们可以在光纤中传输高速、高带宽的数字信号，用于互联网、电话网络和数据中心等。
2. 医疗领域：激光二极管用于医疗器械和美容设备中。
例如，激光医疗器械可用于眼科手术、皮肤切割和除皱等治疗。
3. 激光打印：激光二极管被广泛应用于激光打印机中。
它们能够在纸上快速而精确地生成高质量的图像和文字。
4. 光电子领域：激光二极管在光电子器件中也具有重要应用。
例如，它们可以用作激光指示器、光电子传感器和激光测量仪器等。
结论激光二极管作为一种基于半导体材料的激光发射器件，具有小巧、高效和高可靠性的特点，被广泛应用于通信、医疗、雷达和激光打印等领域。
随着技术的进步和应用的推广，激光二极管将进一步发展，并在更多领域发挥重要作用。
根据题目的要求，本文采用了一般的科技文章格式，对激光二极管的原理、结构和应用进行了介绍。
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新闻标题：激光二极管的结构及性能特点
英文新闻标题：ROHM semiconductor group
新闻来源：深圳圣新电子科技有限公司
激光二极管的结构及性能特点：
在VCD机中，半导体激光二极管是激光头的核心部件之一，它大多是由双异质结构的镓铝砷(AsALGA)三元化合物构成的，是一种近红外半导体器件，波长为780～820 nm，额定功率为3～5 mw。
另外，还有一种可见光(如红光)半导体激光二极管，也广泛应用于VCD机以及条形码阅读器中。
激光二极管的外形及尺寸如图1所示。
其内部结构类型有三种，如图2所示。
由图2可见，激光二极管内包括两个部分：
第一部分是激光发射部分(可用LD表示)，它的作用是发射激光，
如图中电极(2);
第二部分是激光接受部分(可用PD表示)，它的作用是接受、监测『JD发出的激光(当然，若不需监测LD的输出，PD部分则可不用)，
如图中电极(3);
这两个部分共用公共电极(1)，因此，激光二极管有三个电极。
激光二极管具：有体积小、重量轻、耗电低、驱动电路简单、调制方便、耐机械冲击以及抗震动等优点，但它对过电流、过电压以及静电干扰极为敏感。
因此，在使用时，要特别注意不要使其工作参数超过其最大允许值，可采用的方法如下：(1)用直流恒流源驱动激光二极管。
(2)在激光_极管电路上串联限流电阻器，并联旁路电容器。
(3)由于激光二极管温度升高将增大流过它的电流值，因此，必须采用必要的散热措施，以保证器件工作在一定的温度范围之内。
(4)为了避免激光二极管因承受过大的反向电压而造成击穿损坏，可在其两端反并联上快速硅二极管。