半導(dǎo)體激光器的分類(lèi)

1 同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器

PN結(jié)由同一種半導(dǎo)體材料構(gòu)成，P區(qū)、N區(qū)具有相同的帶隙、接近相同的折射率，如圖6示

圖6 同質(zhì)結(jié)

同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器是一種不理想的光源，主要表現(xiàn)在：閾值電流高、損耗大、不同在室溫下連續(xù)工作。

2 異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器

異質(zhì)結(jié)由晶格常數(shù)不同的兩種材料構(gòu)成的PN結(jié)，分為單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)和多異質(zhì)結(jié)，如圖2.7所示。常用的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器材料體系有：GaAs/AlxGa1-xAs和InP/Ga1-xInxAs1-yIny。

圖7異質(zhì)結(jié)

單異質(zhì)結(jié)激光器的閾值電流比同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器小若干，但仍較高，常用作脈沖器件。

雙異質(zhì)結(jié)激光器的有源區(qū)載流子濃度大，增益高；且折射率遠(yuǎn)大于其相鄰包圍層的折射率，光波導(dǎo)效應(yīng)顯著，傳輸損耗小。雙異質(zhì)結(jié)激光器的閾值電流密度小，可實(shí)現(xiàn)室溫連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 分布反饋布拉格(DFB)半導(dǎo)體激光器

利用特殊微電子工藝將激活層沒(méi)光傳播方向做成周期性的波紋光柵結(jié)構(gòu)，其腔內(nèi)的光反饋利用波紋光柵的布拉格衍射而建立，不再用解理面做光反饋，如圖8(a)所示。

波紋光柵是由于材料折射率周期性變化而形成的，它為受激光輻射產(chǎn)生的光子提供周期性的反射點(diǎn)。如圖8(b)所示，由有源區(qū)發(fā)出的光，從一個(gè)方向向另一個(gè)方向傳播時(shí)，一部分在光柵波紋峰反射，另一部分繼續(xù)向前傳播，在鄰近的光柵波紋峰反射，如果兩束反射光相互疊加，就會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的反饋，而其他波長(zhǎng)的光將相互抵消。所有波紋峰產(chǎn)生的反饋光產(chǎn)生激光振蕩。

圖8 DFB半導(dǎo)體激光器

分布反饋布拉格半導(dǎo)體激光器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a. 單縱模振蕩。

利用光柵實(shí)現(xiàn)選頻，可以很容易實(shí)現(xiàn)單縱模。

b. 窄線(xiàn)寬，波長(zhǎng)穩(wěn)定性好。

c. 動(dòng)態(tài)譜線(xiàn)好。

高速調(diào)制時(shí)，分布反饋布拉格半導(dǎo)體激光器的譜線(xiàn)展寬比F-P激光器的小，且仍能保持單模特性。

d. 線(xiàn)性度好。

4 量子阱半導(dǎo)體激光器

兩個(gè)高勢(shì)能的阱壁夾住一個(gè)低勢(shì)能阱底就構(gòu)成一個(gè)勢(shì)阱，減小有源層的厚度，出現(xiàn)載流子能量的量子化，發(fā)生量子效應(yīng)，如圖9所示。

圖9單量子阱

單量子阱只有一個(gè)勢(shì)阱，多量子阱的結(jié)構(gòu)中包含多個(gè)周期性的量子阱，注入載流子可被各量子阱收集。量子阱激光器的特點(diǎn)：閾值電流低，輸出功率高，溫度穩(wěn)定性好，線(xiàn)寬窄，調(diào)制速度高，可通過(guò)改變阱寬來(lái)改變激光器的發(fā)射波長(zhǎng)。

圖10是2013年德國(guó)一家研究所推出的以1mm長(zhǎng)雙量子阱AlGaAs為放大芯片，通過(guò)體布拉格光柵形成外腔反饋獲得的780.24nm的基模輸出，輸出功率為120 mW，線(xiàn)寬為54kHz。

圖 10雙量子阱AlGaAs窄線(xiàn)寬激光器

分析可知，量子阱激光器可產(chǎn)生窄線(xiàn)寬、高功率的激光輸出。

圖 11所示結(jié)構(gòu)是以單量子阱GaAsP作為有源區(qū)，LD芯片長(zhǎng)3.9mm，輸入端面和輸出端面的反射率分別為0.9和10-4，以體布拉格光柵最為外腔反饋元件，獲得最大輸出功率為380mW，線(xiàn)寬為18 kHz的780nm激光輸出。

圖 11單量子阱GaAsP窄線(xiàn)寬激光器

作為閃光燈泵浦型Nd: YAG固體激光器，Ultra具有一般科研型激光器所不具備的高強(qiáng)度。Ultra通過(guò)了整夜的高低溫循環(huán)老化測(cè)試。運(yùn)輸前還會(huì)再次測(cè)試，來(lái)確保交付時(shí)仍處于良好準(zhǔn)直狀態(tài)，以備隨時(shí)使用。

● 多波長(zhǎng)可供選擇：1064, 532, 355, 266, 213 nm,1.57μm

● 光路準(zhǔn)直保證

● 連接件支持快拆

● 便攜，結(jié)構(gòu)緊湊

● 高斯分布 (GRM ) / 多模 (穩(wěn)定) 諧振腔

● 泵燈壽命：5000萬(wàn)次

● 可以在嚴(yán)苛的環(huán)境下使用

應(yīng)用方向：

審核編輯黃宇