半導體雷射震蕩條件

共振腔中雷射光來回（round trip）振蕩后保持光學自再現(xiàn)（self-consistency）的邊界條件，讓我們可以求得雷射要穩(wěn)定存在于共振腔必須符合兩條件，第一部分為振幅條件，第二則為相位條件。振幅條件說明了“閾值條件為增益與損耗相等”，接著就可以由閾值條件求得半導體雷射的閾值載子濃度（threshold carrier density）與閾值電流（threshold current）。接下來我們就可以推導在閾值條件以上時雷射光輸出的功率和注入電流的關(guān)系，進而討論半導體雷射的操作效率。下一節(jié)，我們再引入半導體雷射的速率方程式（rate equation）來推導閾值條件與輸出特性。

圖2-6中，主動層為提供增益的區(qū)域，而主動層中的折射率和披覆層的折射率因存在差異而形成波導結(jié)構(gòu)。我們先來看雷射振蕩的第一個條件—振幅條件：

在（2-27）式中，左側(cè)為半導體主動層的增益，「為光學局限因子（opticalconfinement factor），代表光強度在主動層中占所有光強的比率，相關(guān)的推導會在下一章中詳細介紹，ai與am分別為內(nèi)部損耗（internal loss）與鏡面損耗（mirror loss）。增益系數(shù)隨著注入載子濃度增加而變大，當增益等于（2-27）式右側(cè)固定內(nèi)部損耗時及鏡面損耗，會達到穩(wěn)定條件而發(fā)出雷射光，此時的增益值即稱閾值增益（threshold gain）。