激光二极管讲解

参数




波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激 光管波长有635nm、650nm、670nm、690nm、 780nm、810nm、860nm、980nm等。 阈值电流 ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对 一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应 变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。 工作电流 ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电 流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。 垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方 向张开的角度，一般在15˚~40˚左右。 水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行 方向所张开的角度，一般在6˚~ 10˚左右。 监控电流 ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上 流过的电流。
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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。
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以激光二极管的波长及操作的功 率分类，从短波长到长波长还可 以细分为以下四类。 （1）390～550纳米 （2）635～670纳米 （3）750～950纳米 （4）980～1550纳米
PL TB450

新款蓝光激光二极管采用紧凑型 to56 封装，光功率 高达 1.4w，特别适合用在专业级高端投影仪中。此 外，这款高功率元件还可广泛应用于其他领域，从舞 台和装饰照明用的激光系统到医疗应用。
这款全新激光二极管 pl tb450 的主要应用领域是 光通量超过 1000 流明的专业投影仪。它的发光波长 为 450 纳米 (nm)，可精确生成所需蓝光;同时在室温 条件下，工作电流为 1.2 A 时，可实现专业投影仪所 需要的 1.4 w 高光功率。
390～550纳米

此波段的激光二极管可用氮化铟 镓/氮化铟镓/三氧化二铝或硒化 锌两大材料系列所制成，其发光 波长分别为390～440纳米与520 纳米左右，最大的应用是在超高 密度的储存系统，如：高分辨率 的打印机或高密度DVD光驱等。
PL TB450

欧司朗光电半导体推出了新型高功率激光二极管 pl tb450，巩固了其在氮化铟镓激光器领域的主导地位。
优缺点及注意事项





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)在激光二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
635～670纳米

此波段的激光二极管主要用磷化铝铟镓／磷 化铟镓/砷化镓材料所制成。5毫瓦以下的低 操作功率激光二极管主要用在条形码阅读机 、量测对准、激光指示器、及只读型光信息 存取系统上，如：DVD-ROM光驱或数字式 影碟机的应用。30毫瓦左右的中操作功率激 光二极管用于可擦写型存取系统，如： DVD-R与DVD-RW烧录机。100毫瓦以上操 作功率的激光二极管则用于激光打印机、固 态激光激发源及医学上。
980～1550纳米

此波段的激光二极管主要用砷化铝镓铟和砷 磷化铟镓材料系列所制成，通常应用在长距 离的光纤通讯，操作功率大于数10毫瓦至1 瓦以上的激光二极管。其中最重要的是使用 具有单模、稳频操作的1310纳米或1550纳 米激光二极管，以做为光纤通讯的光源。另 外，也用在光纤放大器的激发源的980纳米 或1480纳米激光二极管。由于长距离光纤通 讯朝向高传输速率及波长多任务系统发展， 使用光纤放大器取代传统的电子式中继站正 迅速发展。
原理

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。
激光二极管
laser diode
激光二极管

以直接带隙半导体材料为 光增益介质，通过pn结注 入载流子实现粒子数反转， 以法布里- 珀罗腔或分布 布拉格光栅为谐振腔，进 行受激发射光的放大，从 而发出激光的二极管。
基本结构

半导体激光二极管的基本结构： 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。
750～950纳米

此波段的激光二极管主要用砷化铝镓／砷化 镓材料所制成。5毫瓦以下的780纳米激光二 极管是最早被大量生产的激光二极管，广泛 用在CD-ROM光驱、CD唱盘、CD游戏机等 商品上。10毫瓦至1瓦的中级操作功率方面 ，30毫瓦的780纳米的激光二极管用于可擦 写型存取系统，如：CD-R烧录机、可擦写 式微光驱。500毫瓦至1瓦的808纳米激光二 极管常做为钕钇铝石榴石激光的激励源，用 在表演舞台的特殊效果。1瓦以上的高功率 激光二极管，是用在激励大功率固态激光， 以进行材料加工处理，或用于医激光二极管


索尼和住友电工完成一项全球首见的创举， 成功研发出纯绿色激光二极体，在波长 530nm下，其光输出功率可达100mW以上， 且亮度可达现行氮化镓(GaN)系绿色激光的 约2倍、色域范围达NTSC182%(CIE1976)、 光电转换效率达8%以上。 新绿光激光半导体二极管能提供足够的亮度 来替换现有 RGB 装置中更昂贵的光源。而 且据称它是世界首个在波长 530nm 条件下 功率能达到 100mW 的产品，在高端投影设 备和聚光投影机中应该能得到很好地应用