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半导体激光器模组的设计研究

导读: 随着光纤通信的发展, 激光的应用领域越来越广。半导体激光器以其体积小、重量轻、效率高等优点, 近年来受到人们的高度重视, 在许多领域都有广泛的应用。

  随着光纤通信的发展, 激光的应用领域越来越广。半导体激光器以其体积小、重量轻、效率高等优点, 近年来受到人们的高度重视, 在许多领域都有广泛的应用, 例如已被应用于激光通信、印刷制版、光信息处理等方面。目前,半导体激光器得到了惊人的发展, 它的波长从红外、红光到蓝绿光, 覆盖范围逐渐扩大, 各项性能参数也有了很大的提高由于半导体激光器的应用要求其相应的配套电路体积小、稳定性高。相应的激光器电路设计已成为半导体激光器组件设计的关键技术之一。为了缩小激光器电路的体积, 可采用“ 邦定” 工艺进行电路设计半导体激光器模组设计包括光学设计、电路设计与“ 邦定” 工艺试验等。

  半导体激光器的原理

  半导体激光器是一种相干辐射光源, 要使它能产生激光, 必须具备三个基本条件:

  1)增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布。在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带, 因此在半导体中要实现粒子数反转, 在两个能带区域之间, 处在高能态导带底的电子数必须比处在低能态价带顶的空穴数大很多。这靠给同质结或异质结加正向偏压, 向有源层内注人必要的载流子来实现。将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时, 便产生受激发射作用。

  2)要实际获得相干受激辐射, 必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡, 激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的, 通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜, 而在出光面上镀减反膜。

  3)为了形成稳定振荡, 激光媒质必须能提供足够大的增益, 以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的损耗, 不断增加腔内的光场。这就必须要有足够强的电流注入, 即有足够的粒子数反转, 粒子数反转程度越高, 得到的增益就越大, 即必须满足一定的电流阀值条件。当激光器达到阀值, 具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大, 最后形成激光而连续地输出。

  半导体激光器的主要性能参数有:

  1)电学参数:阈值电流

  2)光谱特性:线宽, 中心波长

  阈值定义:阐值是LD的基本特性之一, 它标志着激光器的增益与损耗的平衡点, 即阈值以后激光器才开始出现净增益。LD的阈值常用电流密度或电流大小来表征。

  光谱线宽的定义:光谱曲线半峰值处的全宽定义为LD的光谱线宽, LD在阈值以下的谱宽达60nm, 而阈值以上的谱宽被压窄到2nm-3nm或更小。

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