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1、半導體激光器 輸出特性的影響因素,半導體激光器的輸出特性,波長,光功率,光譜,激光束的空間分布,波長,半導體激光器的發(fā)射波長是由導帶的電子躍遷到價帶時所釋放出的能量決定的，這個能量近似等于禁帶寬度Eg(eV)。,hf = Eg,f (Hz)和(m)分別為發(fā)射光的頻率和波長 c=3108m/s， h=6.6281034 Js，leV=1.601019 J,決定波長的主要因素,半導體材料 不同半導體材料有不同的禁帶寬度Eg，因而有不同的發(fā)射波長： GaAlAs-GaAs材料適用于0.85 m波段 InGaAsP-InP材料適用于1.31.55 m波段,溫度 溫度的升高會使半導體的禁帶寬度
2、變小，導致波長變大。,光功率,半導體激光器的輸出光功率,I為激光器的驅動電流 Pth為激光器的閾值功率 Ith為激光器的閾值電流 d為外微分量子效率 hf 為光子能量 e為電子電荷,由此可知，輸出光功率主要取決于驅動電流I、閾值電流Ith以及外微分量子效率d。除此之外，溫度也是影響光功率的重要因素。,Pth：拐點縱坐標，很小，可忽略 Ith：拐點橫坐標 hf、e：常數(shù)，不影響曲線形狀 d：決定曲線線型部分的斜率,光功率--閾值電流,當外加正向電流達到某一數(shù)值時，輸出光功率急劇增加，這時將產(chǎn)生激光振蕩，這個電流稱為閾值電流。,當I< Ith時：有源區(qū)無法達到粒子數(shù)反轉，也無法達到諧振條件，以自發(fā)
3、輻射為主，輸出功率很小，發(fā)出熒光,當I Ith時：有源區(qū)不僅有粒子數(shù)反轉，而且達到了諧振條件，受激輻射為主，輸出功率急劇增加，發(fā)出激光,光功率--影響閾值電流的因素,晶體的摻雜濃度越大，閾值電流越小 諧振腔的損耗越小，閾值電流越小 與半導體材料結型有關，異質結閾值電流比同質結小得多 溫度越高，閾值電流越大,光功率--外微分量子效率,外微分量子效率d定義為激光器達到閾值后，輸出光子數(shù)的增量與注入電子數(shù)的增量之比，其表達式為,外微分量子效率代表了半導體激光器的電光轉換效率，它與內量子效率、載流子對有源區(qū)的注入效率、光在諧振腔內的損耗情況、諧振腔端面的反射系數(shù)和溫度等因素有關。,光功率--溫度,光功
4、率隨溫度變化曲線,溫度對光功率的影響,激光器的閾值電流隨溫度升高而增大 溫度對閾值電流的影響，可用下式描述：,I0表示室溫下的閾值電流 T表示溫度 T0稱為特征溫度（表示激光器對溫度的敏感程度）,InGaAsP激光器，T0 =5080K A1GaAs/GaAs激光器， T0 =100150K。,溫度對光功率的影響,外微分量子效率隨溫度升高而減小,如GaAs激光器 絕對溫度77K時，d約為50% 當絕對溫度升高到300K時, d只有約30%,光譜,影響半導體激光器輸出光譜的因素： 驅動電流 溫度,圖（a）：當IIth時，光譜很寬，發(fā)出熒光 圖（b）：當I Ith后，發(fā)射光譜突然變窄，譜線中心強
5、度急劇增加，發(fā)出激光,光譜--驅動電流,光譜--驅動電流,當驅動電流達到閾值后，隨著驅動電流的增大，縱模模數(shù)變小，譜線寬度變窄 當驅動電流足夠大時，多縱模變?yōu)閱慰v模,光譜--溫度,隨著溫度的升高，半導體的禁帶寬度變小，將導致整個光譜向長波長方向移動。,激光束的空間分布,激光束的空間分布用近場和遠場來描述： 近場是指激光器反射鏡面上的光強分布 遠場是指離反射鏡面一定距離處的光強分布 近場和遠場是由諧振腔(有源區(qū))的橫向尺寸，即平行于PN結平面的寬度 w 和垂直于PN結平面的厚度 t 所決定的，并稱為激光器的橫模。,激光束的空間分布,平行于結平面的諧振腔寬度 w 由寬變窄，場圖呈現(xiàn)出由多橫模變?yōu)閱螜M模 垂直于結平面的諧振腔厚度 t 很薄，這個方向的場圖總是單橫模。,激光束的空間分布,圖中和分別為平行于結平面和垂直于結平面的輻射角，整個光束的橫截面呈橢圓形。,
半導體激光器輸出特性的影響因素.ppt
