截图
简介
这是半导体激光器原理ppt，包括了半导体中的光发射，光的吸收与发射，半导体的光发射，半导体激光器原理与结构，半导体激光器的特性，光源与光纤的耦合等内容，欢迎点击下载。
半导体激光器原理ppt是由红软PPT免费下载网推荐的一款课件PPT类型的PowerPoint.
第五章 半导体激光器原理 深圳大学 光电工程学院 目录 5.1 半导体中的光发射 5.1.1 光的吸收与发射 5.1.2 半导体的光发射 5.2 半导体激光器原理与结构 5.3 半导体激光器的特性 5.4 光源与光纤的耦合 5.1 半导体中的光发射 光子与物质（电子）的相互作用 5.1.1 光的吸收与发射 ☆普朗克定律：电子在两个能级之间的跃迁是能量为hf=E2-E1的光子被吸收和发射的过程 5.1.2 半导体中的光发射 1、pn结及电致发光 能带 费米能级及载流子分布的规律 掺杂 能带图及pn结的电流电压特性 载流子的复合与发光 载流子的复合与发光 载流子（过剩EHP）的复合 复合 外加电压引起pn结的载流子注入，产生“过剩载流子---过剩的电子空穴对”，处于“高能态”的它们必须以某种能量交换的方式恢复到稳定的“低能态”，把“高能态”电子（如导带、施主杂质能级ED等）跃迁到相应的价带(EA)、同时释放能量的过程叫做复合； 辐射复合 “高能态”电子（如导带、施主杂质能级ED等）跃迁到相应的价带(EA) 、同时释放能量等于其高低能量差的光子 非辐射复合 不伴随光辐射的复合过程 复合模型 光子 用量子力学描述的能量为hv（v为光波频率）的不带电粒子 声子 用量子力学描述的能量为hvk（vk为声波频率）的不带电粒子， hvk～0.06eV，晶格的振动---热 激子 在某种能量作用下使得原子处于激发态，其电子能级处于Ec以下附近（空穴能级处于Ev以上附近）（电子的波函数在禁带两端有拖尾---类似光波导的能量分布） 复合模型：“碰撞” ★ 电子和空穴的辐射复合 本征辐射跃迁与涉及杂质能级的辐射复合 本证辐射跃迁---帯间跃迁 、自由激子湮灭、能带势能起伏处的激子复合 涉及杂质能级的辐射复合 ☆直接带隙半导体中的辐射复合跃迁 间接带隙半导体中的辐射复合跃迁 ★ 非辐射复合 阶段性放出声子的复合 完全把电子从导带跃迁到价带的能量转换到声子（~需要20个声子）概率太小，通过一个或少数几个声子过程转移到杂质能级的概率更大 ★ 过剩载流子的复合时间e---复合率 由图可知p区瞬态载流子分布 少子(平衡态电子+注入产生的过剩电子）： 多子(平衡态电子+注入产生的过剩空穴）： 弱注入 辐射复合率Rr与辐射复合寿命r 定义： 单位时间发生辐射复合的载流子数为辐射复合率 非辐射复合率Rnr与非辐射复合寿命nr 定义： 单位时间发生非辐射复合的载流子数为辐射复合率 ★ 载流子总复合率R和总寿命 讨论内量子效率i 内量子效率 =每秒产生的光子数/每秒注入有源区的载流子数 =每秒辐射复合的载流子数/每秒注入有源区的载流子数 直接带隙半导体材料的内量子效率i 5.2 半导体激光器原理与结构 5.2.1 半导体激光器工作原理 2、FP腔与光反馈---纵向模式(纵模） 3、激光振荡的阈值条件 有源区的损耗 ☆自由载流子吸收、缺陷散射，用i表示[1/cm] ☆端面透射对光信号的损失，用m表示[1/cm] 有源区的增益g 载流子注入有源区使得受激发生增强的状态，用g表示[1/cm] 腔内光功率随距离Z的变化 4、激光振荡模式 ①粒子数反转产生增益，输入电流越大，增益越高； ②粒子数反转不在单能级间，而是能带间，故有增益谱线宽度； ③同样注入条件下，量子阱材料的增益比体材料高，增益线宽更窄 如何获得单纵模工作？？ 5.2.2 半导体激光器结构与发散角 --有源波导中的光波场 FP-LD管芯 5.3 半导体激光器的工作特性 5.3.1 P-I-V（L-I-V）特性 5.3.2 模式特性与线宽 5.3.3 调制特性 5.3.4 波长调节特性 5.3.5 噪声特性 5.3.6 安全使用 物理意义：LD工作时光腔中某模式的光场与电子的相互作用的规律 光子寿命 实验结果－非球透镜 D＋H的LIV测试曲线：封帽后激光器的线性变差 非球透镜LD ☆ FP-LD的温度特性 5.3.2 模式特性与线宽 纵模—单纵模 光谱宽度，影响色散 横模—基横模 光场横向分布，影响耦合效率 1、折射率波导结构 LD的波导结构：2、增益波导结构 光谱线宽 引起线宽△v增大的因素 自发发射引起的相位无序变化 载流子变化--折射率变化—光腔谐振频率变化 载流子分布 体材料与量子阱材料增益的光谱特性 5.3.3 调制特性 ☆直接电流调制是LD的最大优点之一 LD封装分布参数的影响 5.3.5 噪声特性 噪声源 相位或频率噪声---分立和随机的自发发射（LD固有)，∝1/f，1MHz以上平坦 扭折和自脉动等引起的---模式的跳变（LD固有) 光纤端面与LD端面反射引起的（外部) 模噪声—增益导引LD横模变化引起多模光纤中光场分布的抖动（外部） 模分配噪声---纵模变化在单模光纤中引起色散的脉冲宽度的随机变化（外部） 噪声表示方法---相对强度噪声 5.3.6 半导体激光器的安全使用 人眼安全---决不能直视LD出光面 安全使用---Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料pn异质结，反向击穿电压仅3～6VDC 静电---人体摩擦～KV，防静电腕带 漏电---电烙铁～几十VAC以上，接地 极性判别---晶体管图示仪、万用表（1K档） 电流冲击--- 散热--- 5.4 光源与光纤的耦合 耦合：把光源发出的光尽可能多地送入光纤纤芯的过程 参数：耦合效率 耦合方法：直接、间接 测试精度的问题：绕模 LD与单模光纤的耦合 光纤微透镜及耦合例子 常用半导体激光器指标
展开
