半導(dǎo)體激光二極管

半導(dǎo)體激光二極管的常見參數(shù)

(1)波長:即激光管工作波長，目前可作方向張開的角度，一般在15~40左右。

(5)水平發(fā)散角Θ∥:激光的發(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，在PIN管上流過的電流。

半導(dǎo)體激光二極管的檢測

(1)阻值測量法:拆下激光二極管，用萬用表R×1k或R×10k檔測量其正、反向電阻值。正常時，正向電阻值為20~40kΩ之間，反向電阻值為∞(無窮大)。若測得正向電阻值已超過50kΩ，則說明激光二極管的性能已下降。若測得的正向電阻值大于90kΩ，則說明該二極管已嚴(yán)重老化，不能再使用了。

(2)電流測量法:用萬用表測量激光二極管驅(qū)動電路中負(fù)載電阻兩端的電壓降，再根據(jù)歐姆定律估算出流過該管的電流值，當(dāng)電流超過100mA時，若調(diào)節(jié)激光功率電位器，而電流無明顯的變化，則可判斷激光二極管嚴(yán)重老化。若電流劇增而失控，則說明激光二極管的光學(xué)諧振腔已損壞。

半導(dǎo)體激光二極管的原理

為了了解激光型光電的工作原理，首先對半導(dǎo)體激光二極管的工作原理及其特點作一簡單的介紹。

半導(dǎo)體激光二極管的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，垂直于PN結(jié)面的一對平行平面構(gòu)成法布里--珀羅諧振腔，它們可以是半導(dǎo)體晶體的解理面，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，會削弱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發(fā)生復(fù)合，從而發(fā)射出波長為Λ的光子，其公式如下:

Λ = Hc/Eg (1)

式中:H-普朗克常數(shù);C-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，一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子-空穴對附近，就能激勵二者復(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，就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相干光--激光，這就是激光二極管的簡單原理。

20世紀(jì)80年代中期以來，半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展以及與激光技術(shù)的結(jié)合，催生了半導(dǎo)體激光二極管，這類兼具半導(dǎo)體和激光器特性的激光源，具有更高的峰值功率和較低的能耗，且它的發(fā)射脈寬也較窄，本身不需要溫度和光學(xué)補償，比傳統(tǒng)的發(fā)射光源具有明顯的優(yōu)勢，并成為中紫外波段AlGaN發(fā)展的重點方向。因為該波段紫外輻射的激發(fā)效率最高，其輸出效率也比較高。

為了使紫外線輻射源更為實用化，半導(dǎo)體紫外二極管發(fā)展的一個方向是大幅縮小現(xiàn)有紫外激光器及其電源的體積和功耗，另一個方向是開發(fā)發(fā)射波長為280nm、功耗小于10mW的發(fā)光二極管以及發(fā)射波長為340nm、功耗小于25mW的激光二極管。

半導(dǎo)體激光二極管以其體積小,重量輕,價格低,壽命長,耗電少及頻率可快速調(diào)諧等優(yōu)點,已經(jīng)在國民經(jīng)濟和一系列高科技領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。然而,此種激光器的工作波長與其工作溫度、注入電流之間有著強烈的依賴關(guān)系,例如,對近紅外線半導(dǎo)體激光二極管,工作溫度引起的變化約為013nm/K,注入電流引起的變化約為0103nm/mA。同時,工作溫度和注入電流的變化還會導(dǎo)致半導(dǎo)體激光二極管輸出功率的不穩(wěn)定。

對于某些高科技領(lǐng)域應(yīng)用,例如近些年發(fā)展起來的相干光纖通訊,對作為發(fā)送光源和外差檢測的本振光源所用的半導(dǎo)體激光器的頻率穩(wěn)定性有很高的要求,同時,還要求其輸出頻率可調(diào)。又如,在極受重視的激光探潛和大量的激光光譜和原子分子物理研究中,都要求半導(dǎo)體激光器的頻率非常穩(wěn)定。因此,對半導(dǎo)體激光二極管的注入電流和工作溫度的精密控制,并在此基礎(chǔ)上對激光器的輸出頻率進行鎖定穩(wěn)頻的技術(shù)研究就成為非常必要的。

1光纖通信與光電子器件

1.1光纖通信系統(tǒng)簡介

1.2光發(fā)射機

1.3光調(diào)制器

1.4光纖（纜）

1.5光放大器

1.6光接收機

1.7光無源器件

2發(fā)光二極管和發(fā)光二極管組件

2.1發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)和基本工作原理

2.2發(fā)光二極管特性及測試方法

2.3高速發(fā)光二極管

2.4超輻射發(fā)光二極管

2.5LED組件

3半導(dǎo)體激光二極管和激光器組件

3.1半導(dǎo)體激光二極管的應(yīng)用和分類

3.2法布里-珀羅型激光二極管

3.3分布反饋激光二極管和分布Bragg反射器激光二極管

3.4量子階激光器

3.5垂直腔面發(fā)射激光器

3.6激光器組件

3.7激光二極管和激光器組件的常用參數(shù)及其測試方法

4光電探測器和光接收組件

4.1PN結(jié)光電二極管

4.2肖特基光電二極管

4.3集成光學(xué)光電探測器

4.4光接收組件

4.5常用參數(shù)及其測試方法

5光發(fā)射接收模塊

5.1光發(fā)射接收模塊的含義

5.2光發(fā)射模塊

5.3光接收模塊

5.4光收發(fā)一體模塊

5.5集成光學(xué)收發(fā)模塊

6光纖激光器和光放大器

6.1光纖激光器的基本工作原理和優(yōu)點

6.2各種光纖激光器

6.3光放大器的種類和比較

6.4摻鉺光纖放大器

6.5鐠摻雜光纖放大器

6.6銩摻雜光纖放大器

6.7拉曼光纖放大器

6.8半導(dǎo)體光放大器

6.9光纖放大器的特性參數(shù)和使用注意事項

7光調(diào)制器

7.1調(diào)制器在纖維光學(xué)鏈路中的作用

7.2光調(diào)制器的基本原理

7.3LiNbO3光調(diào)制器

7.4半導(dǎo)體光調(diào)制器

7.5聚合物波導(dǎo)光調(diào)制器

7.6光調(diào)制器主要參數(shù)和使用光調(diào)制器需要了解的問題

8光開關(guān)

8.1機械式光開關(guān)

8.2液晶光開關(guān)

8.3電光效應(yīng)光開關(guān)

8.4熱光效應(yīng)光開關(guān)

8.5半導(dǎo)體光放大器光開關(guān)

9DWDM用光發(fā)射和接收器件

9.1DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

9.2DWDM對光收／發(fā)器件的要求

9.3固定波長激光器

9.4波長可調(diào)激光器

9.5MQW電吸收調(diào)制器集成DFBLD

9.6Supercontinuum光源

9.7DWDM用光探測器

10用戶接入系統(tǒng)光收發(fā)器件與模塊

10.1用戶接入網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

10.2用戶接入網(wǎng)的主要光電子器件

10.3光接入系統(tǒng)用組件（模塊）

11光電子器件封裝技術(shù)

11.1光發(fā)射和接收器件封裝

11.2光收發(fā)一體模塊的封裝結(jié)構(gòu)

11.3高速光電子器件封裝

11.4光電器件微型化封裝

11.5無源對準(zhǔn)技術(shù)

11.6石英平面光路器件的封裝技術(shù)

11.7光表面安裝技術(shù)

11.8光電子多芯片組件封裝技術(shù)

12操作光電子器件時的注意事項和預(yù)防措施

12.1操作激光二極管時的注意事項和預(yù)防措施

12.2操作光電二極管時的注意事項和預(yù)防措施

12.3操作光電器件時的共性注意事項及預(yù)防措施

13光電子器件的質(zhì)量/可靠性保證規(guī)程

13.1光纖環(huán)路應(yīng)用和可靠性保證概述

13.2激光二極管和激光器組件的質(zhì)量/可靠性保證規(guī)程

13.3發(fā)光二極管及其組件的質(zhì)量/可靠性保證規(guī)程

13.4光探測器及其組件的質(zhì)量/可靠性保證規(guī)程

附錄光電子器件／組件實例

參考文獻