半導體激光器主要性能參數(shù)定義

1、半導體激光器 1. P-I特性及閾值電流 P-I特性揭示了 LD輸出光功率與注入電流之間的變化規(guī)律，因此是 LD最重 要的特性之一。 典型的激光器P-I曲線 由P-I曲線可知，LD是閾值型器件，隨注入電流的不同而經(jīng)歷了幾個典型 階段。 ?當注入電流較小時，有源區(qū)里不能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，自發(fā)輻射占主導地位, LD發(fā)射普通的熒光，光譜很寬，其工作狀態(tài)類似于一般的發(fā)光二極管。 ?隨著注入電流的加大，有源區(qū)里實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，受激輻射開始占主導 地位，但當注入電流仍小于 閾值電流時，諧振腔里的增益還不足以克服損 耗，不能在腔內(nèi)建立起一定模式的振蕩，LD發(fā)射的僅僅是較強的熒光， 稱為“超輻射”狀態(tài)。 ?只

2、有當注入電流達到閾值以后，才能發(fā)射譜線尖銳、模式明確的激光，光 譜突然變窄并出現(xiàn)單峰（或多峰） 2. 激光器線寬 半導體的激光器的線寬是多少？有的用nm表示，有的用Hz表示，計算公 式是什么？經(jīng)常會提到激光器的線寬 0.0001 nm換算成“ Hz”是多少赫茲啊? 線寬即為激光某一單獨模式的光譜寬度，一般表達形式：nm, Hz, cm-1。 該參數(shù)與激光本身的波長由關系。 HJV 841B43 X （niH） 例：比如波長為1064nm,線寬0.1 nm,貝U換算為Hz單位: 3 108 109 10642 0.1 2.65 1010 26.5GHz 精選 3. 邊模抑制比（SSR） 邊模抑制

3、比是指在發(fā)射光譜中，在規(guī)定的輸出功率和規(guī)定的調(diào)制（或CW）時 最高光譜峰值強度與次高光譜峰值強度之比。 邊模抑制比示意圖 4. 振湯腔 AR HR 諧振腔的作用是選擇頻率一定、方向一致的光作最優(yōu)先的放大，而把其他頻 率和方向的光加以抑制。凡不沿諧振腔軸線運動的光子均很快逸出腔外 ；沿軸線 運動的光子將在腔內(nèi)繼續(xù)前進，并經(jīng)兩反射鏡的反射不斷往返運行產(chǎn)生振蕩， 運 行時不斷與受激粒子相遇而產(chǎn)生受激輻射， 沿軸線運行的光子將不斷增殖，在腔 內(nèi)形成傳播方向一致、頻率和相位相同的強光束，這就是激光。為把激光引出腔 外，可把一面反射鏡做成部分透射的， 透射部分成為可利用的激光，反射部分留 在腔內(nèi)繼續(xù)增殖光

4、子。 光學諧振腔的作用有：提供反饋能量，選擇光波的方向和頻率。諧振腔 內(nèi)可能存在的頻率和方向稱為本征模。 兩反射鏡的曲率半徑和間距（腔長）決定 了諧振腔對本征模的限制情況。不同類型的諧振腔有不同的模式結(jié)構(gòu)和限模特 性。 5. 三種類型的QCL 按振蕩腔設計的差異，QCL可以分為三大類： 圖1 : QC激光器的基本結(jié)構(gòu)包括 FP-QCL （上圖）、DFB-QCL （中圖）和ECqcL （下圖）。增益介質(zhì)顯示 為灰色，波長選擇機制為藍色，鍍膜面為橙色，輸岀光束為紅色。 FP-QCL：最簡單的結(jié)構(gòu)是F-P （法布里-珀羅）腔激光器（FP-QCL）。在F-P 結(jié)構(gòu)中，切割面（天然理解面）為激光提供反饋

5、，有時也使用介質(zhì)膜以優(yōu)化輸出。 DFB-QCL :第二種結(jié)構(gòu)是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結(jié)構(gòu)（DFB- QCL ）可以輸出較窄的光譜，但是輸出功率卻比 FP-QCL結(jié)構(gòu)低很多。通過最大 范圍的溫度調(diào)諧，DFB-QCL還可以提供有限的波長調(diào)諧（通過緩慢的溫度調(diào)諧 獲得1020cm-1的調(diào)諧范圍，或者通過快速注入電流加熱調(diào)諧獲得 23cm-1的范 圍）。 圖中光柵的周期為A，稱為柵距。 只有滿足下式的那些特定波長的光才會受到強烈反射，從而實現(xiàn)動態(tài)單縱模 工作。式也稱為分布反饋條件（一般 m取1）。 2 EcqcL:將QC芯片和外腔結(jié)合起來，形成ECqcL。這種結(jié)構(gòu)既可以提供窄光譜 輸出，

6、又可以在QC芯片整個增益帶寬上（數(shù)百cm-1）提供快調(diào)諧（速度超過 10ms）。由于ECqcL結(jié)構(gòu)使用低損耗元件，因此它可在便攜式電池供電的條件下 高效運作。 6. 三種類型的光通信激光器 在常用的三種激光中，F(xiàn)P激光比DFB激光容易產(chǎn)生，但FP激光的光線較 寬（1 nm），波長的溫度漂移也較大（0.5nm/C），因此不適用于高速和/或遠程應 用。 DFB激光的光線則相對較窄（0.04nm）,波長對溫度的漂移也較?。?.1 nm / C ），因此就比較適合高性能的通信應用。但 DFB 激光也有缺陷。首先，它工 作在1500nm波段時很容易產(chǎn)生啁啾，因此通常需要外加調(diào)制器 （在1300nm波段 此局限并不重要 ）；其次，它沒有 FP 或 VCSEL 激光那樣容易產(chǎn)生，而且所需的 閾值電流也比VCSEL激光大。 VCSEL激光的優(yōu)點是線寬較窄（0.35nm且波長對溫度漂移較?。?.06nm / C）0另外，VCSEL激光的閾值電流也較?。?mA）,在相同的輸出功率下，它比 DFB激光和FP激光的效率更高，而且不象 DFB激光那樣容易產(chǎn)生啁啾。因而， 即使速度為10Gbps的數(shù)據(jù)也可以直接采用 VCSEL激光調(diào)制。最后，比起其它 激光，制造和調(diào)整準直 VCSEL 都比較容易，這樣就能夠生產(chǎn)低成本基于 VCSEL 的收發(fā)器。這些特性看起來足以