激光二極管知識(shí)

1、激光二極管本質(zhì)上是一個(gè)半導(dǎo)體二極管，按照PN結(jié)材料是否相同，可以把激光二 極管分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)（SH）、雙異質(zhì)結(jié)（DH）和量子阱（QW）激光二極 管。量子阱激光二極管具有閾值電流低，輸出功率高的優(yōu)點(diǎn)，是目前市場應(yīng)用的主 流產(chǎn)品。同激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長的優(yōu)點(diǎn)，但其輸 出功率小（一般小于2mW），線性差、單色性不太好，使其在有線電視系統(tǒng)中的 應(yīng)用受到很大限制，不能傳輸多頻道，高性能模擬信號(hào)。在雙向光接收機(jī)的回傳模 塊中，上行發(fā)射一般都采用量子阱激光二極管作為光源。半導(dǎo)體激光二極管的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，垂直于PN結(jié)面的一對平行平面構(gòu)成法布 里一一珀羅諧振腔，它們可以是半

2、導(dǎo)體品體的解理面，也可以是經(jīng)過拋光的平面。 其余兩側(cè)面則相對粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。半導(dǎo)體中的光發(fā)射通常起因于載流子的復(fù)合。當(dāng)半導(dǎo)體的PN結(jié)加有正向電壓時(shí)， 會(huì)削弱PN結(jié)勢壘，迫使電子從N區(qū)經(jīng)PN結(jié)注入P區(qū)，空穴從P區(qū)經(jīng)過PN結(jié)注 入N區(qū)，這些注入PN結(jié)附近的非平衡電子和空穴將會(huì)發(fā)生復(fù)合，從而發(fā)射出波長 為入的光子，其公式如下：入=hc/Eg （1）式中：h普朗克常數(shù)；c一光速；Eg半導(dǎo)體的禁帶寬度。上述由于電子與空穴的自發(fā)復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象稱為自發(fā)輻射。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的 光子通過半導(dǎo)體時(shí)，一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子一空穴對附近，就能激勵(lì)二者復(fù)合，產(chǎn) 生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的

3、載流子復(fù)合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。如 果注入電流足夠大，則會(huì)形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng) 有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面 往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說對某一頻率具有增益。當(dāng) 增益大于吸收損耗時(shí)，就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相十光一一激光，這就是 激光二極管的簡單原理。隨著技術(shù)和工藝的發(fā)展，目前實(shí)際使用的半導(dǎo)體激光二極管具有復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)。常用的激光二極管有兩種:PIN光電二極管。它在收到光功率產(chǎn)生光電流時(shí)， 會(huì)帶來量子噪聲。雪崩光電二極管。它能夠提供內(nèi)部放大，比PIN光電二極管的傳輸距離遠(yuǎn)，但量子噪聲

4、更大。為了獲得良好的信噪比，光檢測器件后面須連接低 噪聲預(yù)放大器和主放大器。半導(dǎo)體激光二極管的工作原理，理論上與氣體激光器相同。激光二極管本質(zhì)上是一個(gè)半導(dǎo)體二極管，按照PN結(jié)材料是否相同，可以把激 光二極管分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)（SH）、雙異質(zhì)結(jié)（DH）和量子阱（QW）激光 二極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低，輸出功率高的優(yōu)點(diǎn)，是目前市場應(yīng)用 的主流產(chǎn)品。同激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長的優(yōu)點(diǎn)，但 其輸出功率?。ㄒ话阈∮?mW），線性差、單色性不太好，使其在有線電視系統(tǒng) 中的應(yīng)用受到很大限制，不能傳輸多頻道，高性能模擬信號(hào)。在雙向光接收機(jī)的回 傳模塊中，上行發(fā)射一般都采用量

5、子阱激光二極管作為光源。半導(dǎo)體激光二極管的常用參數(shù)有：（1）波長：即激光管工作波長，目前可作光電開關(guān)用的激光管波長有635nm、 650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm 等。（2）閾值電流Ith :即激光管開始產(chǎn)生激光振蕩的電流，對一般小功率激光管 而言，其值約在數(shù)十毫安，具有應(yīng)變多量子阱結(jié)構(gòu)的激光管閾值電流可低至10mA 以下。（3）工作電流Iop :即激光管達(dá)到額定輸出功率時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流，此值對于設(shè) 計(jì)調(diào)試激光驅(qū)動(dòng)電路較重要。（4）垂直發(fā)散角。上：激光二極管的發(fā)光帶在垂直PN結(jié)方向張開的角度，一 般在15。40。左右。（5）水平發(fā)散角。：激光二極管

6、的發(fā)光帶在與PN結(jié)平行方向所張開的角度， 一般在6。 10。左右。（6）監(jiān)控電流Im :即激光管在額定輸出功率時(shí)，在PIN管上流過的電流。激光二極管在計(jì)算機(jī)上的光盤驅(qū)動(dòng)器，激光打印機(jī)中的打印頭等小功率光電設(shè) 備中得到了廣泛的應(yīng)用。激光二極管的檢測激光二極管工作時(shí)發(fā)出的紅光波長大約在6 0 0 nm左右，可用于激光打印機(jī)、 CD機(jī)、條形碼閱讀器等設(shè)備上。激光二極管的符號(hào)如附圖所示。從圖中可知，激 光二極管由兩部分構(gòu)成，一部分是激光發(fā)射部分LD，另一部分為激光接收部分PDOLD和PD兩部分又有公共端點(diǎn)b,公共端一般同管子的金屬外殼相連，所以 激光 二極管實(shí)際上只有三個(gè)腳a、b、c。檢測和判斷激光二

7、極管可按如下三個(gè) 步驟進(jìn)行。區(qū)分LD和PD。用萬表的Rxlk擋分別測出激光二極管三個(gè)引腳兩 兩之間的阻值，總有一次兩腳間的阻值大約在幾千歐姆左右，這時(shí)黑表筆所接的一 端是PD陽極端，紅表筆所接的引腳為公共端，剩下的一個(gè)引腳為LD陰極端，這 樣就區(qū)分出7PD部分（圖中的bc部分）和LD部分（圖中的ab部分）。檢測PD部分。激光二極管的PD部分實(shí)質(zhì)上是一個(gè)光敏二極管，用萬 用表檢測方法如下：用Rx1k擋測其阻值，若正向電阻為幾千歐姆，反向電阻為 無窮大，初步表明PD部分是好的；若正向電阻為0或?yàn)闊o窮大，則表明PD部分 已壞。若反向電阻不是無窮大，而有幾百千歐或上千千歐的電阻，說明PD部分已 反向漏

8、電，管子質(zhì)量變差。檢測LD部分。 用萬用表的Rx 1k擋測LD部分的正向阻值，即黑表 筆接公共端b，紅表筆接a腳，正向阻值應(yīng)在10kQ3 0kQ之間，反向阻值 應(yīng)為無窮大。若測得的正向阻值大于5 5kQ，反向阻值在10 0kQ以下，表明 LD部分已嚴(yán)重老化，使用效果會(huì)變差。激光二極管市場激光二極管（LD）在20世紀(jì)90年代的主要市場是光纖通信的光源和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的光 讀寫頭，高級(jí)的光纖寬帶光源模塊售價(jià)達(dá)1千美元，而CD盤只讀光頭售價(jià)只10 美元。隨著全球光纖網(wǎng)絡(luò)的全面鋪開，加上網(wǎng)絡(luò)資訊股市炒作的推波助瀾，寬帶激 光光源供不應(yīng)求，激光二極管市場空前繁榮。1999年激光二極管全球銷售額只30 億美元，2000年猛漲到66億美元，達(dá)到空前的最高點(diǎn)，但好景不長，隨著網(wǎng)絡(luò) 股市泡沫的蒸發(fā)，激光二極管2001年的全球銷售額一落千丈，慘跌到28.5億美 元，跌幅達(dá)到57%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全球半導(dǎo)體市場的24%平均負(fù)增長率。激光二極管 市場2002年繼續(xù)下瀉，年銷售額再跌到24億美元，跌幅約16%，至此，激光二 極管的拳頭產(chǎn)品不再是通信用產(chǎn)品，而轉(zhuǎn)為光存儲(chǔ)用產(chǎn)品。電腦用只讀