半導體激光器輸出特性的影響因素

1、半導體激光器輸出特性的影響因素半導體激光器是一類非常重要的激光器，在光通信、光存儲等很多領(lǐng)域都有廣泛的應用。下面我將探討半導體激光器的波長、光譜、光功率、激光束的空間分布等四個方面的輸出特性，并分析影響這些輸出特性的主要因素。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)。_chf=Egf=九f(Hz)和入(Wm)分別為發(fā)射光的頻率和波長且c=3X108m/s,h=6.628x10-34Js,leV=1.60 x10-19J決定半導體激光器輸出光波長的主要因素是半導體材料和溫度。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

2、入：GaAlAs-GaAs材料適用于0.85m波段，InGaAsP-InP材料適用于1.31.55Wm波段。溫度的升高會使半導體的禁帶寬度變小，導致波長變大。2.光功率n-_dhf半導體激光器的輸出光功率P=Pth(I-Ith)e其中I為激光器的驅(qū)動電流，Pth為激光器的閾值功率；Ith為激光器的閾值電流；Yd為外微分量子效率；hf為光子能量；e為電子電荷。hf、e為常數(shù)，Pth很小可忽略。由此可知，輸出光功率主要取決于驅(qū)動電流I、閾值電流Ith以及外微分量子效率刀d。驅(qū)動電流是可隨意調(diào)節(jié)的，因此這里主要討論后兩者。除此之外，溫度也是影響光功率的重要因素。1)閾值電流半導體激光器的輸出光功率通

3、常用P-I曲線表示。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，用Ith表示。當激勵電流IIth時，有源區(qū)不僅有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，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)出的是激光，此時P-I曲線是線性變化的。對于激光器來說，要求閾值電流越小越好。1.24Eg(eV)(m)丸型竿導體激光器的光功率特性（a）短波 KrAlGaAsGaAs（b）氏波 KlnGaAsP/InP閾值電流主要與下列影響因素有關(guān)：a）晶體的摻雜濃度越大，閾值電流越小。b）諧振腔的損耗越小，閾值電流越小。c）與半導體材料結(jié)型有關(guān)，異質(zhì)結(jié)閾值電流比同質(zhì)結(jié)小得多。d）溫度

4、越高，閾值電流越大。2）外微分量子效率外微分量子效率刀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，其表達式為一（P-Rh）/hf_P-Pthd（I-Ith）/eI-Ith外微分量子效率代表了半導體激光器的電一一光轉(zhuǎn)換效率，它與內(nèi)量子效率、載流子對有源區(qū)的注入效率、光在諧振腔內(nèi)的損耗情況、諧振腔端面的反射系數(shù)和溫度等因素有關(guān)。它對應著P-I曲線線性部分的斜率。3）溫度半導體激光器對溫度很敏感，其輸出功率隨溫度變化而變化。O O50505050505505O O工3.3.工NLLO.NLLO.MPMP二J020406080iV電流1/mA/(mA)溫度變化將改變激光器的輸出光

5、功率，有兩個原因：一是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:|二|eT/T0th0e式中，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）。一般InGaAsP的激光器，T0=5080K;A1GaAs/GaAs的激光器，T0=100150K。二是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，刀d約為50%;當絕對溫度升高到300K時，rd只有約30%。3.光譜半導體激光器的光譜隨著驅(qū)動電流的變化而變化。當驅(qū)動電流I閾值電流Ith時，發(fā)出的是熒光，光譜很寬，如圖（a）所示。當IIth后，發(fā)射光譜突然變窄，譜線

6、中心強度急劇增加，表明發(fā)出激光，如圖（b）所示。當驅(qū)動電流達到閾值后，隨著驅(qū)動電流的增大，縱模模數(shù)變小，譜線寬度變窄。當驅(qū)動電流足夠大時，多縱模變?yōu)閱慰v模。驅(qū)動電流增加(b)由于閾值時(a)低于閾值時0.g550Ag550A此外，溫度也會影響半導體激光器的光譜。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。4.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(jié)平面的寬度w和垂直于PN吉平面的厚度t所決定的，并稱為激光器的橫模。平行于結(jié)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(jié)平面的諧振腔厚度t很薄，這個方向的場圖總是單橫模。GaAlA*DH條形激光器的近場和近場圖樣下圖為典型半導體激光器的遠場輻