激光二極管的工作原理

激光二極管就是可以產(chǎn)生激光的一種半導體二極管，其產(chǎn)生激光的三個條件是：實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、滿足閾值條件和諧振條件。由于激光二極管具有極高的靜電敏感性，所在在使用時要注意防靜電。

激光二極管本質(zhì)上是一個半導體二極管，按照PN結(jié)材料是否相同，可以把激光二極管分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)（SH）、雙異質(zhì)結(jié)（DH）和量子阱（QW）激光二極管。

量子阱激光二極管具有閾值電流低，輸出功率高的優(yōu)點，是目前市場應(yīng)用的主流產(chǎn)品。同激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長的優(yōu)點，但其輸出功率?。ㄒ话阈∮?mW），線性差、單色性不太好，使其在有線電視系統(tǒng)中的應(yīng)用受到很大限制，不能傳輸多頻道，高性能模擬信號。

在雙向光接收機的回傳模塊中，上行發(fā)射一般都采用量子阱激光二極管作為光源。

半導體激光二極管的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，垂直于PN結(jié)面的一對平行平面構(gòu)成法布里——珀羅諧振腔，它們可以是半導體晶體的解理面，也可以是經(jīng)過拋光的平面。其余兩側(cè)面則相對粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。

半導體中的光發(fā)射通常起因于載流子的復合。當半導體的PN結(jié)加有正向電壓時，會削弱PN結(jié)勢壘，迫使電子從N區(qū)經(jīng)PN結(jié)注入P區(qū)，空穴從P區(qū)經(jīng)過PN結(jié)注入N區(qū)，這些注入PN結(jié)附近的非平衡電子和空穴將會發(fā)生復合，從而發(fā)射出波長為λ的光子，其公式如下：

λ=hc/Eg（1）。

式中：h—普朗克常數(shù)；c—光速；Eg—半導體的禁帶寬度。

上述由于電子與空穴的自發(fā)復合而發(fā)光的現(xiàn)象稱為自發(fā)輻射。當自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導體時，一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子—空穴對附近，就能激勵二者復合，產(chǎn)生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的載流子復合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。

如果注入電流足夠大，則會形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說對某一頻率具有增益。當增益大于吸收損耗時，就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相干光——激光，這就是激光二極管的簡單原理。