激光二極管課件

激光二極管laserdiode激光二極管以直接帶隙半導(dǎo)體材料為光增益介質(zhì)，通過pn結(jié)注入載流子實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以法布里-珀羅腔或分布布拉格光柵為諧振腔，進(jìn)行受激發(fā)射光的放大，從而發(fā)出激光的二極管。原理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—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干光——激光。參數(shù)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。閾值電流：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。工作電流：即激光管達(dá)到額定輸出功率時(shí)的驅(qū)動電流，此值對于設(shè)計(jì)調(diào)試激光驅(qū)動電路較重要。垂直發(fā)散角θ⊥：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。水平發(fā)散角θ∥：激光二極管的發(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。監(jiān)控電流：即激光管在額定輸出功率時(shí)，在PIN管上流過的電流。優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)激光二極管具有體積小、重量輕、耗電低、驅(qū)動電路簡單、調(diào)制方便、耐機(jī)械沖擊以及抗震動等優(yōu)點(diǎn)，但它對過電流、過電壓以及靜電干擾極為敏感，因此，在使用時(shí)，要特別注意不要使其工作參數(shù)超過其最大允許值，可采用的方法如下：(1)用直流恒流源驅(qū)動激光二極管。(2)在激光二極管電路上串聯(lián)限流電阻器，并聯(lián)旁路電容器。(3)由于激光二極管溫度升高將增大流過它的電流值，因此，必須采用必要的散熱措施，以保證器件工作在一定的溫度范圍之內(nèi)。(4)為了避免激光二極管因承受過大的反向電壓而造成擊穿損壞，可在其兩端反并聯(lián)上快速硅二極管分類激光二極管本質(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。390～550納米此波段的激光二極管可用氮化銦鎵/氮化銦鎵/三氧化二鋁或硒化鋅兩大材料系列所制成，其發(fā)光波長分別為390～440納米與520納米左右，最大的應(yīng)用是在超高密度的儲存系統(tǒng)，如：高分辨率的打印機(jī)或高密度DVD光驅(qū)等。PLTB450新款藍(lán)光激光二極管采用緊湊型to56封裝，光功率高達(dá)1.4w，特別適合用在專業(yè)級高端投影儀中。此外，這款高功率元件還可廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，從舞臺和裝飾照明用的激光系統(tǒng)到醫(yī)療應(yīng)用。這款全新激光二極管pltb450的主要應(yīng)用領(lǐng)域是光通量超過1000流明的專業(yè)投影儀。它的發(fā)光波長為450納米(nm)，可精確生成所需藍(lán)光;同時(shí)在室溫條件下，工作電流為1.2A時(shí)，可實(shí)現(xiàn)專業(yè)投影儀所需要的1.4w高光功率。635～670納米此波段的激光二極管主要用磷化鋁銦鎵／磷化銦鎵/砷化鎵材料所制成。5毫瓦以下的低操作功率激光二極管主要用在條形碼閱讀機(jī)、量測對準(zhǔn)、激光指示器、及只讀型光信息存取系統(tǒng)上，如：DVD-ROM光驅(qū)或數(shù)字式影碟機(jī)的應(yīng)用。30毫瓦左右的中操作功率激光二極管用于可擦寫型存取系統(tǒng)，如：DVD-R與DVD-RW燒錄機(jī)。100毫瓦以上操作功率的激光二極管則用于激光打印機(jī)、固態(tài)激光激發(fā)源及醫(yī)學(xué)上。750～950納米此波段的激光二極管主要用砷化鋁鎵／砷化鎵材料所制成。5毫瓦以下的780納米激光二極管是最早被大量生產(chǎn)的激光二極管，廣泛用在CD-ROM光驅(qū)、CD唱盤、CD游戲機(jī)等商品上。10毫瓦至1瓦的中級操作功率方面，30毫瓦的780納米的激光二極管用于可擦寫型存取系統(tǒng)，如：CD-R燒錄機(jī)、可擦寫式微光驅(qū)。500毫瓦至1瓦的808納米激光二極管常做為釹釔鋁石榴石激光的激勵(lì)源，用在表演舞臺的特殊效果。1瓦以上的高功率激光二極管，是用在激勵(lì)大功率固態(tài)激光，以進(jìn)行材料加工處理，或用于醫(yī)學(xué)治療上、數(shù)字印刷、藝術(shù)表演等980～1550納米此波段的激光二極管主要用砷化鋁鎵銦和砷磷化銦鎵材料系列所制成，通常應(yīng)用在長距離的光纖通訊，操作功率大于數(shù)10毫瓦至1瓦以上的激光二極管。其中最重要的是使用具有單模、穩(wěn)頻操作的1310納米或1550納米激光二極管，以做為光纖通訊的光源。另外，也用在光纖放大器的激發(fā)源的980納米或1480納米激光二極管。由于長距離光纖通訊朝向高傳輸速率及波長多任務(wù)系統(tǒng)發(fā)展，使用光纖放大器取代傳統(tǒng)的電子式中繼站正迅速發(fā)展。激光二極管生產(chǎn)廠家中國目前激光二極管的供應(yīng)主要來自國外，臺灣和內(nèi)地的份額相對較少，國外比較好的公司有：美國思佳訊公司：設(shè)計(jì)及生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)二極管Skyworks是業(yè)界領(lǐng)先無線半導(dǎo)體公司,設(shè)計(jì)及生產(chǎn)無線通訊半導(dǎo)體及其他模擬應(yīng)用零件.東芝：東芝二極管擁有廣泛的產(chǎn)品陣容電子設(shè)備表面貼裝產(chǎn)品系列也非常豐富。愛普科斯：全球領(lǐng)先的電子元件模塊及系統(tǒng)制造商,提供esd靜電二極管等各類陶瓷電子元件及一站式解決方案.各類電子元件產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于通訊,工業(yè),消費(fèi)及汽車電子領(lǐng)域。國內(nèi)生產(chǎn)激光二極管公司有很多種，一種是里面的芯片生長，現(xiàn)在國內(nèi)這樣的公司還不多，像浪潮華光，中科院半導(dǎo)體，十三所，海特這幾個(gè)公司，還有一種買芯片做封裝的，比如常熟華邦，北京凱普林，深圳飛康等等，另外，臺灣生產(chǎn)激光二級管的公司也不少，比如臺灣華信，臺灣友嘉。產(chǎn)品邁向更多應(yīng)用領(lǐng)域激光二極管通常應(yīng)用于光存儲，尤其是DVD和CD的激光頭等領(lǐng)域。華上光電公司表示將推出用于CD-RW和DVD-RW的高端激光二極管產(chǎn)品，并計(jì)劃在下半年開始進(jìn)行幾種新產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。在今年的展會期間，華上光電還推出了帶有內(nèi)置APC(自動功率控制)電路的TO-can封裝激光二極管。該公司市場經(jīng)理VincentChen指出：“通過將外部的APC電路集成到ASIC上，我們能夠?qū)PC電路和激光二極管一起放在通常的TO-can封裝里。這個(gè)突破使得我們能夠提供更小尺寸、更穩(wěn)定輸出的激光二極管，同時(shí)便于自動化生產(chǎn)?！奔す舛O管在工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。友嘉科技有限公司(UnionOptronics)高級市場專員ZoeLin指出：“我們公司約70%的激光二極管銷售到中國大陸，而大多數(shù)用于工業(yè)應(yīng)用，如制造設(shè)備