半導(dǎo)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(xué)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體雷射的操作效率。下一節(jié)，我們再引入半導(dǎo)體雷射的速率方程式（rate equation）來推導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體主動層的增益，「為光學(xué)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(dǎo)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(dāng)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）。