半導(dǎo)體激光器的工作特性

激光被廣泛應(yīng)用是因?yàn)樗哂袉紊院谩⒎较蛐詮?qiáng)、亮度高等特性。激光技術(shù)的原理是：當(dāng)光或電流的能量撞擊某些晶體或原子等易受激發(fā)的物質(zhì)，使其原子的電子達(dá)到受激發(fā)的高能量狀態(tài)，當(dāng)這些電子要回復(fù)到平靜的低能量狀態(tài)時(shí)，原子就會(huì)射出光子，以放出多余的能量;而接著，這些被放出的光子又會(huì)撞擊其它原子，激發(fā)更多的原子產(chǎn)生光子，引發(fā)一連串的“連鎖反應(yīng)”，并且都朝同一個(gè)方前進(jìn)，形成強(qiáng)烈而且集中朝向某個(gè)方向的光。

1 閾值電流

當(dāng)注入p-n結(jié)的電流較低時(shí)，只有自發(fā)輻射產(chǎn)生，隨電流值的增大增益也增大，達(dá)閾值電流時(shí)，p-n結(jié)產(chǎn)生激光。

影響閾值的幾個(gè)因素：

(1)晶體的摻雜濃度越大，閾值越小。

(2)諧振腔的損耗小，如增大反射率，閾值就低。

(3)與半導(dǎo)體材料結(jié)型有關(guān)，異質(zhì)結(jié)閾值電流比同質(zhì)結(jié)低得多。目前，室溫下同質(zhì)結(jié)的閾值電流大于30000A/cm2;單異質(zhì)結(jié)約為8000A/cm2;雙異質(zhì)結(jié)約為1600A/cm2。現(xiàn)在已用雙異質(zhì)結(jié)制成在室溫下能連續(xù)輸出幾十毫瓦的半導(dǎo)體激光器。

(4)溫度愈高，閾值越高。100K以上，閾值隨T的三次方增加。因此，半導(dǎo)體激光器最好在低溫和室溫下工作。

2、方向性

由于半導(dǎo)體激光器的諧振腔短小，激光方向性較差，在結(jié)的垂直平面內(nèi)，發(fā)散角最大，可達(dá)20°-30°;在結(jié)的水平面內(nèi)約為10°左右。

3、效率

量子效率 η=每秒發(fā)射的光子數(shù)/每秒到達(dá)結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì)數(shù)

77K時(shí)，GaAs激光器量子效率達(dá)70%-80%;300K時(shí)，降到30%左右。

功率效率η1=輻射的光功率/加在激光器上的電功率

由于各種損耗，目前的雙異質(zhì)結(jié)器件，室溫時(shí)的η1最高10%，只有在低溫下才能達(dá)到30%-40%。

4、光譜特性

由于半導(dǎo)體材料的特殊電子結(jié)構(gòu)，受激復(fù)合輻射發(fā)生在能帶(導(dǎo)帶與價(jià)帶)之間，所以激光線寬較寬，GaAs激光器，室溫下譜線寬度約為幾納米，可見其單色性較差。輸出激光的峰值波長：77K時(shí)為840nm;300K時(shí)為902nm。

審核編輯：湯梓紅