4-2受激辐射器件--光放大器和激光器

内输出功率
阈值电流 斜度效率 功率转换效率
P297 图4.46 输出功率
主要内容
4.9半导体激光器原理 4.10异质结半导体激光器 4.11量子阱半导体激光器 4.12激光二极管的基本特性 4.13稳态半导体速率方程：激光二极管 方程
4.13稳态半导体速率方程：激光 二极管方程 A. 激光二极管方程 P300 图4.47
P283 图4.33
E-k能带图
输出光的增益
P284 图4.34 反射镜
电极
有源层
Robert Hall 通用电气公司员 工，半导体pn结激光二极管
P285 图4.35
自发辐射
受激辐射
LED与激光的区别： LED：自发辐射，电流小 激光：受激辐射，电流大于阈值
主要内容
4.9半导体激光器原理 4.10异质结半导体激光器 4.11量子阱半导体激光器 4.12激光二极管的基本特性 4.13稳态半导体速率方程：激光二极管 方程
受激辐射器件---光放大器 和激光器
第二部分
主要内容
4.9半导体激光器原理 4.10异质结半导体激光器 4.11量子阱半导体激光器 4.12激光二极管的基本特性 4.13稳态半导体速率方程：激光二极管 方程
4.9半导体激光器原理 P282 图4.32
重掺杂形成简并半导体， 在pn结处实现了粒子数反转
有源区
有源区
光的比 值
整个系统：
threshold 阈值
在腔内， 稳态情况 下： （阈值）
电流注入 电子速率
ຫໍສະໝຸດ Baidu
自发辐射 速率
受激辐射速 率（腔内）
在腔内， 超过阈值 情况下：
激光二极管 方程：
4.13稳态半导体速率方程：激光 二极管方程
B. 光增益曲线、阈值和透明条件
有源区 光的比 值
光增益
频率
单模： 跳模 温度升高， 中心波长增加
单模： 约束跳模， 20-40时，稳定
多模： 温度升高， 中心波长增加
斜度效率：
外量子效率： 外微分量子效率：
内量子效率： 辐射复合时间
非辐射复合时间
外微分量子效率： 抽取效率：
内微分量子效率：
P298例题 4.12.2, 4.12.3
外输出功率
功率转换效率：
光增益随频率的变化
光增益
P302 图4.48
频率 载流子浓度增大，光的增益增大
光增益 的峰值
P302 图4.48
载流子浓度增大，光的增益增大
P303 例4.13.1
P288 图4.38 有源层掩埋在低折射率材料AlGaAs中，形成了光波导。
P288 图4.39
有源层掩埋在低折射率材料InP中，形成了光波导； 有源层周围pn结反向偏置，阻止电流流出有源层。
哪个是通信用的？
主要内容
4.9半导体激光器原理 4.10异质结半导体激光器 4.11量子阱半导体激光器 4.12激光二极管的基本特性 4.13稳态半导体速率方程：激光二极管 方程
P290 图4.40
4.11量子阱半导体激光器
二维电子气
单量子阱
P292 图4.41 结构类似于量子阱LED，但是激光器中 多量子阱 需要光学谐振腔实现激光振荡。
主要内容
4.9半导体激光器原理 4.10异质结半导体激光器 4.11量子阱半导体激光器 4.12激光二极管的基本特性 4.13稳态半导体速率方程：激光二极管 方程
P286 图4.36
4.10异质结半导体激光器
带隙不同，发出的光子不 会被吸收
带隙小，折射率大，发生 全内反射，形成光波导
Izuo Hayashi (left) and Morton Panish 在贝尔实验室 设计了第一个室温条件下连续工作的半导体激光器
P287 图4.37
前表面和后表明镀膜，形成反射镜；各层形成介质镜； 条形电极减小接触面积，降低阈值电流，使得更容易发 射激光，同时也减小发射面积，使得光容易耦合到光纤。
P293 图4.42
4.12激光二极管的基本特性
垂直方向
椭圆相反？
前后表面有介质镜或者 薄膜涂层
水平方向
衍射
P294 图4.43
功率高，输出单模；发热 导致中心波长增加
与LED不同，LED中没有谐振腔，不存 在模式问题，输出光谱是连续的。
P294 图4.44 温度升高，阈值电流增加
P295 图4.45