《Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激光器.ppt》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《Littrow結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激光器.ppt(23頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、Littrow 結(jié)構(gòu)光柵外腔半導(dǎo)體激光器 宋紅芳,一、半導(dǎo)體激光器的組成及其激光產(chǎn)生原理,二、激光二極管產(chǎn)生激光的特點(diǎn),三、外腔結(jié)構(gòu),四、機(jī)械設(shè)計(jì),五、電流控制恒流源,,六、溫度控制,一、半導(dǎo)體激光器的組成及其激光產(chǎn)生原理,1、組成 增益介質(zhì):半導(dǎo)體材料,主要有GaAs、InP、CdS、ZnS等 泵浦源:電注入、電子束激勵(lì)和光泵浦三種主要激勵(lì)方式 諧振腔:半導(dǎo)體晶體中垂直于PN結(jié)平面的兩個(gè)解理面(也可以是經(jīng)過拋光的平面)作為反射鏡構(gòu)成諧振腔,,,2、激光產(chǎn)生條件,實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、滿足閾值條件和諧振條件,(1)、粒子數(shù)反轉(zhuǎn):通過一定的激勵(lì)方式,使半導(dǎo)體物質(zhì)的導(dǎo)帶底層電子數(shù)遠(yuǎn)大于價(jià)帶頂
2、層電子數(shù)。,在電注入方式下:選用重?fù)诫s的P型與N型材料,給PN結(jié)加一個(gè)足夠大的正向偏壓。,(2)、閾值條件:,(增益大于損耗),A、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度越高,增益系數(shù)越大 摻雜程度足夠大,激勵(lì)電流足夠大,B、損耗來源于多方面,一般是腔長越長損耗越大。,,對(duì)于給定的半導(dǎo)體激光管,要滿足閾值條件就是要有足夠大的激勵(lì)電流閾值電流,(3)、諧振條件:,,,I,A,B,,激光,P,N,,,,,L,圖1 激光二極管內(nèi) 激光的產(chǎn)生,二、激光二極管的特點(diǎn),1、優(yōu)點(diǎn):體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、耗電少、壽命長、效率高等,2、缺點(diǎn):激光性能受溫度影響大、光束發(fā)散角大(幾到二十度范圍)、激光的方向性、單色性和相干性比較差
3、,外腔結(jié)構(gòu),三、外腔結(jié)構(gòu),1、由激光二極管、準(zhǔn)直透鏡和閃耀光柵組成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,入射光,一級(jí)光原路返回,零級(jí)光出射,,,,d,,,,圖2 外腔結(jié)構(gòu)示意圖,,,,2、需滿足方程:, 一級(jí)閃耀, 諧振條件,(1)從激光二極管中出射的光波長范圍很大,但是波長滿足式的光會(huì)發(fā)生一級(jí)閃耀,原路返回。 (2)腔長滿足式,則返回的光與激光管內(nèi)發(fā)出的光諧振。,(3)對(duì)于零級(jí)光,光程差:,即:,也就是說,在零級(jí)這個(gè)方向上任意波長的光都可以出射各波長的零級(jí)譜線是重合的。 然而由于只有發(fā)生一級(jí)閃耀的光被諧振放大,所以從零級(jí)方向出射的光,該波長的占主導(dǎo),為激光。,閃耀光柵相
4、當(dāng)于一個(gè)半透半反鏡,一級(jí)“反”,零級(jí)“透”。,,,四、機(jī)械結(jié)構(gòu),,五、電流控制恒流源,由于半導(dǎo)體激光器具有二極管的特性,對(duì)于驅(qū)動(dòng)電源來說是一個(gè)非線性負(fù)載。 而發(fā)光功率隨著驅(qū)動(dòng)電流的增大而增大。 為了保證電源供電的安全、可靠、穩(wěn)定以及低電壓大電流,需要一個(gè)恒定電流源。,,恒定電流源的電路原理圖,,六、溫度控制,,1、溫度對(duì)半導(dǎo)體激光器穩(wěn)定度的影響 (1)閾值電流隨溫度升高而明顯增大; (2)溫度上升造成激光峰值波長向長波方向漂移; (3)激光管壽命隨溫度的升高呈指數(shù)規(guī)律下降; (4)溫度變化引起外腔光程長度的改變,導(dǎo)致激光器工作模式的不穩(wěn)定。,2、PID溫度控制電路,(1)原理:,,探測(cè)器,電信號(hào),,與預(yù)先設(shè)置的電 信號(hào)做比較,差值信號(hào),,,信號(hào)處理,,驅(qū)動(dòng)制冷器,溫度信號(hào),(2)關(guān)鍵元器件,A、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻:電阻值隨溫度的增大而減小。,B、半導(dǎo)體制冷器,(3)PID溫控電路圖,PID電路的功能: P+I使系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差; P+D改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性;,使得電路系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確快速地測(cè)得周圍的溫度并給出調(diào)控。,謝謝!,