半导体激光器特性测量
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为使光波模振荡的阈值注入电流密度；S为注入载流子密度； 为单位时间内载流子的复合几率。
2）半导体激光器的输出功率
受激辐射的光功率为
I为二极管激光器的注入电流， 是有源区内载流子复合而发射辐射的几率，称为内量子效率。考虑到有源层的增益和损耗，通过有源层两端输出的光功率为
半导体激光器原理
1．半导体异质结能带结构和粒子数反转分布条件
半导体异质结是指由两种基本物理参数不同的半导体单晶材料构成的晶体界面（过度区），不同物理参数可以是禁带宽度（ ），功函数（ ），电子亲和势（ ）介电常数（ ），对它们进行适当选择就可以获得诸如高注入比，超注入效应，对载流子和光场的限制作用，“窗口效应”等。
对于直接带隙半导体，在热平衡状态下，电子基本上处于价带中（如图），半导体介质对光辐射只有吸收而没有放大作用，但当电流注入结区时，热平衡状态被破坏（如图），电子处于导带中能量为E的状态的几率 为
电子处于阶带中能量为E的状态的几率 为
和 是导带和价带的准费米能级，为了在结区中心有源区内得到受激辐射，要求 ，即要求伯纳德-杜拉福格条件成立
上世纪六十年代初开始将半导体材料作为激光媒质，伯纳德（Bernard）和杜拉福格（Duraffourg）提出在半导体中实现受激辐射的必要条件：对应于非平衡电子，空穴浓度的准费米能级差必须大于受激发射能量。由此，半导体激光器开始了从同质结到异质结的快速发展过程，单异质结最初由美国的克罗默（Kroemer）和前苏联的阿尔费洛夫于1963年提出，其实质是把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，从窄带隙半导体中产生高效率复合和辐射，这个设想很大程度上取决于异质结材料的生长工艺，1967年IBM公司的伍德尔（Woodall）用液相外延方法（LPE）在GaAs上生长出AlGaAs，两三年后，贝尔实验室的潘尼希（Panish）等人研制成功AlGaAs/GaAs单异质结半导体激光器。
整个七十年代的工作重点是提高半导体激光器的各项基本参数要求：低的阈值电流密度；室温工作；连续大功率输出；长寿命；含盖可见光与近红外的多种单频激光器；窄线宽；波长可调谐激光器等。八十年代以来，随着分子束外延（MBE），金属有机化学气相沉积（MOCVD）和化学束外延（CBE）技术取得重大突破，诞生了诸如量子阱激光器（MQW），应变量子阱激光器（SL-MQW），垂直腔面发射激光器及高功率激光器阵列等所谓“能带工程”的产物
该式表明，半导体中产生受激发射的必要条件是非平衡电子和空穴的准费米能级之差应大于受激辐射的光子能量，也就是说，无任用光照还是电流激励，在激射发生之前，导带和价带的准费米能级之差应大于带隙 ，在这个条件下可形成集居数反转密度同时可得到净的总受激跃迁增益系数。
只是提出了产生激光的前提条件，要实际获得相干受激辐射，必须将增益介质置于光学谐振腔内，实现光放大，一般利用半导体材料的两个解理面（比如110晶面）构成部分反射（通过蒸镀抗反射或增透薄膜）的F-P腔，理论上沿z方向形成纵模分布。另外，DFB-LD（分布反馈半导体激光器）或DBR-LD（分布布拉格反射半导体激光器）则是由内含布拉格光栅来实现选择性反馈。
2. 半导体介质光波导
典型的F-P腔条形结构双异质结 可见光半导体激光器（中心波长780nm）的典型结构如图，其中 是有源区，它在x方向上的厚度为0.1~0.2μm。有源区被两层相反掺杂的 包围层所夹持。受激辐射的产生与放大就是在有源区中进行的。
异质结半导体二极管激光器中的二维光场约束（以及载流子约束）在x方向（横向）通常是通过折射率的阶跃变化来实现的，一般有DH（双异质结），LOC（大光腔）和SCH（分别限制异质结）三种，而在y方向（侧向）则既可以通过折射率的阶跃变化（强折射率波导，实折射率差大于0.01），也可以通过折射率的逐渐变化（弱折射率波导，实折射率差介于0.005和0.01之间）实现，或通过增益的适当空间分布来实现，就如氧化物限制条形方式使得在有源层中沿y方向形成一定的载流子浓度分布。上述两种光场约束方法分别称为折射率波导和增益波导，用电磁理论可以证明由增益所形成的波导作用将产生沿y方向的高斯光场分布，不过要想获得模式稳定的激光振荡，一般要用实折射率导波机制。
虽然单异质结能够利用其势垒将注入电子限制在GaAs P-N结的P区内使室温阈值电流密度降到 水平，但真正的突破是双异质结（DH）的发明：把p-GaAs半导体夹在N-AlxGa1-xAs层和P-AlxGa1-xAs层之间，两个异质结势垒能有效地将载流子和光场限制在p-GaAs薄层有源层内，使室温阈值电流密度减小了一个数量级。这项重要的发明由阿尔费洛夫，Hayashi，潘尼希等人共同完成。
半导体激光器的最重要应用是光纤通信：比如将1.55μm，窄线宽的分布反馈布拉格半导体激光器（DFB-LD）用于光纤通信，单信道码率可达10Gb/s，为适应更高码率的波分复用（WDM）和时分复用（TWM）等光纤信号传输技术，发展了量子阱有源，多段结构的可调谐DFB-LD或DBR-LD（分布布拉格反射激光器），由于其线宽窄，微分增益系数大，有利于降低调制啁啾引起的展宽，这样即有助于提高信道码率；半导体激光器另一项重要应用在光盘技术领域，光盘技术是门综合技术，融会了计算机，激光与数字通信技术，半导体激光器用于光盘写入时，关键技术有光斑聚焦和光束圆化，强度和波长涨落以及光反馈影响方面的控制等。
条形半导体激光器当满足横向尺寸（y方向） 时视做三层介质平板波导，在x方向的场分布可分为TE模和TM模（即只考虑沿z方向传播的光波模），应当指出，零阶横模始终存在，但要在弱导条件下实现基模运转（只有零阶横模），有源层厚度可能达微米量级。
半导体激光器为该模式的光波在半导体激光器内沿z向往返一周获得的增益大于该模式经受的损耗，模式的增益等于模式的损耗称为模式振荡的阈值条件。由于有源层载流子密度与增益系数成正比，因此光波模的阈值振荡条件是否满足取决于注入载流子密度，有源层厚度以及光约束因子等因素，在稳态振荡时，载流子注入有源层的速率应与有源层内载流子的复合速率相等，即
2）半导体激光器的输出功率
受激辐射的光功率为
I为二极管激光器的注入电流， 是有源区内载流子复合而发射辐射的几率，称为内量子效率。考虑到有源层的增益和损耗，通过有源层两端输出的光功率为
半导体激光器原理
1．半导体异质结能带结构和粒子数反转分布条件
半导体异质结是指由两种基本物理参数不同的半导体单晶材料构成的晶体界面（过度区），不同物理参数可以是禁带宽度（ ），功函数（ ），电子亲和势（ ）介电常数（ ），对它们进行适当选择就可以获得诸如高注入比，超注入效应，对载流子和光场的限制作用，“窗口效应”等。
对于直接带隙半导体，在热平衡状态下，电子基本上处于价带中（如图），半导体介质对光辐射只有吸收而没有放大作用，但当电流注入结区时，热平衡状态被破坏（如图），电子处于导带中能量为E的状态的几率 为
电子处于阶带中能量为E的状态的几率 为
和 是导带和价带的准费米能级，为了在结区中心有源区内得到受激辐射，要求 ，即要求伯纳德-杜拉福格条件成立
上世纪六十年代初开始将半导体材料作为激光媒质，伯纳德（Bernard）和杜拉福格（Duraffourg）提出在半导体中实现受激辐射的必要条件：对应于非平衡电子，空穴浓度的准费米能级差必须大于受激发射能量。由此，半导体激光器开始了从同质结到异质结的快速发展过程，单异质结最初由美国的克罗默（Kroemer）和前苏联的阿尔费洛夫于1963年提出，其实质是把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，从窄带隙半导体中产生高效率复合和辐射，这个设想很大程度上取决于异质结材料的生长工艺，1967年IBM公司的伍德尔（Woodall）用液相外延方法（LPE）在GaAs上生长出AlGaAs，两三年后，贝尔实验室的潘尼希（Panish）等人研制成功AlGaAs/GaAs单异质结半导体激光器。
整个七十年代的工作重点是提高半导体激光器的各项基本参数要求：低的阈值电流密度；室温工作；连续大功率输出；长寿命；含盖可见光与近红外的多种单频激光器；窄线宽；波长可调谐激光器等。八十年代以来，随着分子束外延（MBE），金属有机化学气相沉积（MOCVD）和化学束外延（CBE）技术取得重大突破，诞生了诸如量子阱激光器（MQW），应变量子阱激光器（SL-MQW），垂直腔面发射激光器及高功率激光器阵列等所谓“能带工程”的产物
该式表明，半导体中产生受激发射的必要条件是非平衡电子和空穴的准费米能级之差应大于受激辐射的光子能量，也就是说，无任用光照还是电流激励，在激射发生之前，导带和价带的准费米能级之差应大于带隙 ，在这个条件下可形成集居数反转密度同时可得到净的总受激跃迁增益系数。
只是提出了产生激光的前提条件，要实际获得相干受激辐射，必须将增益介质置于光学谐振腔内，实现光放大，一般利用半导体材料的两个解理面（比如110晶面）构成部分反射（通过蒸镀抗反射或增透薄膜）的F-P腔，理论上沿z方向形成纵模分布。另外，DFB-LD（分布反馈半导体激光器）或DBR-LD（分布布拉格反射半导体激光器）则是由内含布拉格光栅来实现选择性反馈。
2. 半导体介质光波导
典型的F-P腔条形结构双异质结 可见光半导体激光器（中心波长780nm）的典型结构如图，其中 是有源区，它在x方向上的厚度为0.1~0.2μm。有源区被两层相反掺杂的 包围层所夹持。受激辐射的产生与放大就是在有源区中进行的。
异质结半导体二极管激光器中的二维光场约束（以及载流子约束）在x方向（横向）通常是通过折射率的阶跃变化来实现的，一般有DH（双异质结），LOC（大光腔）和SCH（分别限制异质结）三种，而在y方向（侧向）则既可以通过折射率的阶跃变化（强折射率波导，实折射率差大于0.01），也可以通过折射率的逐渐变化（弱折射率波导，实折射率差介于0.005和0.01之间）实现，或通过增益的适当空间分布来实现，就如氧化物限制条形方式使得在有源层中沿y方向形成一定的载流子浓度分布。上述两种光场约束方法分别称为折射率波导和增益波导，用电磁理论可以证明由增益所形成的波导作用将产生沿y方向的高斯光场分布，不过要想获得模式稳定的激光振荡，一般要用实折射率导波机制。
虽然单异质结能够利用其势垒将注入电子限制在GaAs P-N结的P区内使室温阈值电流密度降到 水平，但真正的突破是双异质结（DH）的发明：把p-GaAs半导体夹在N-AlxGa1-xAs层和P-AlxGa1-xAs层之间，两个异质结势垒能有效地将载流子和光场限制在p-GaAs薄层有源层内，使室温阈值电流密度减小了一个数量级。这项重要的发明由阿尔费洛夫，Hayashi，潘尼希等人共同完成。
半导体激光器的最重要应用是光纤通信：比如将1.55μm，窄线宽的分布反馈布拉格半导体激光器（DFB-LD）用于光纤通信，单信道码率可达10Gb/s，为适应更高码率的波分复用（WDM）和时分复用（TWM）等光纤信号传输技术，发展了量子阱有源，多段结构的可调谐DFB-LD或DBR-LD（分布布拉格反射激光器），由于其线宽窄，微分增益系数大，有利于降低调制啁啾引起的展宽，这样即有助于提高信道码率；半导体激光器另一项重要应用在光盘技术领域，光盘技术是门综合技术，融会了计算机，激光与数字通信技术，半导体激光器用于光盘写入时，关键技术有光斑聚焦和光束圆化，强度和波长涨落以及光反馈影响方面的控制等。
条形半导体激光器当满足横向尺寸（y方向） 时视做三层介质平板波导，在x方向的场分布可分为TE模和TM模（即只考虑沿z方向传播的光波模），应当指出，零阶横模始终存在，但要在弱导条件下实现基模运转（只有零阶横模），有源层厚度可能达微米量级。
半导体激光器为该模式的光波在半导体激光器内沿z向往返一周获得的增益大于该模式经受的损耗，模式的增益等于模式的损耗称为模式振荡的阈值条件。由于有源层载流子密度与增益系数成正比，因此光波模的阈值振荡条件是否满足取决于注入载流子密度，有源层厚度以及光约束因子等因素，在稳态振荡时，载流子注入有源层的速率应与有源层内载流子的复合速率相等，即