半导体激光二极管

半导体激光二极管的常见参数

(1)波长:即激光管工作波长，目前可作方向张开的角度，一般在15~40左右。

(5)水平发散角Θ∥:激光的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6~10左右。

(6)监控电流Im:即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。

半导体激光二极管的检测

(1)阻值测量法:拆下激光二极管，用万用表R×1k或R×10k档测量其正、反向电阻值。正常时，正向电阻值为20~40kΩ之间，反向电阻值为∞(无穷大)。若测得正向电阻值已超过50kΩ，则说明激光二极管的性能已下降。若测得的正向电阻值大于90kΩ，则说明该二极管已严重老化，不能再使用了。

(2)电流测量法:用万用表测量激光二极管驱动电路中负载电阻两端的电压降，再根据欧姆定律估算出流过该管的电流值，当电流超过100mA时，若调节激光功率电位器，而电流无明显的变化，则可判断激光二极管严重老化。若电流剧增而失控，则说明激光二极管的光学谐振腔已损坏。

半导体激光二极管的原理

为了了解激光型光电的工作原理，首先对半导体激光二极管的工作原理及其特点作一简单的介绍。

半导体激光二极管的基本结构如图1所示，垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里--珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。

半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体的PN结加有正向电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为Λ的光子，其公式如下:

Λ = Hc/Eg (1)

式中:H-普朗克常数;C-光速; Eg-半导体的禁带宽度。

上述由于电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子-空穴对附近，就能激励二者复合，产生新光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出具有良好谱线的相干光--激光，这就是激光二极管的简单原理。

20世纪80年代中期以来，半导体制造技术的发展以及与激光技术的结合，催生了半导体激光二极管，这类兼具半导体和激光器特性的激光源，具有更高的峰值功率和较低的能耗，且它的发射脉宽也较窄，本身不需要温度和光学补偿，比传统的发射光源具有明显的优势，并成为中紫外波段AlGaN发展的重点方向。因为该波段紫外辐射的激发效率最高，其输出效率也比较高。

为了使紫外线辐射源更为实用化，半导体紫外二极管发展的一个方向是大幅缩小现有紫外激光器及其电源的体积和功耗，另一个方向是开发发射波长为280nm、功耗小于10mW的发光二极管以及发射波长为340nm、功耗小于25mW的激光二极管。

半导体激光二极管以其体积小,重量轻,价格低,寿命长,耗电少及频率可快速调谐等优点,已经在国民经济和一系列高科技领域获得了广泛应用。然而,此种激光器的工作波长与其工作温度、注入电流之间有着强烈的依赖关系,例如,对近红外线半导体激光二极管,工作温度引起的变化约为013nm/K,注入电流引起的变化约为0103nm/mA。同时,工作温度和注入电流的变化还会导致半导体激光二极管输出功率的不稳定。

对于某些高科技领域应用,例如近些年发展起来的相干光纤通讯,对作为发送光源和外差检测的本振光源所用的半导体激光器的频率稳定性有很高的要求,同时,还要求其输出频率可调。又如,在极受重视的激光探潜和大量的激光光谱和原子分子物理研究中,都要求半导体激光器的频率非常稳定。因此,对半导体激光二极管的注入电流和工作温度的精密控制,并在此基础上对激光器的输出频率进行锁定稳频的技术研究就成为非常必要的。

1光纤通信与光电子器件

1.1光纤通信系统简介

1.2光发射机

1.3光调制器

1.4光纤（缆）

1.5光放大器

1.6光接收机

1.7光无源器件

2发光二极管和发光二极管组件

2.1发光二极管结构和基本工作原理

2.2发光二极管特性及测试方法

2.3高速发光二极管

2.4超辐射发光二极管

2.5LED组件

3半导体激光二极管和激光器组件

3.1半导体激光二极管的应用和分类

3.2法布里-珀罗型激光二极管

3.3分布反馈激光二极管和分布Bragg反射器激光二极管

3.4量子阶激光器

3.5垂直腔面发射激光器

3.6激光器组件

3.7激光二极管和激光器组件的常用参数及其测试方法

4光电探测器和光接收组件

4.1PN结光电二极管

4.2肖特基光电二极管

4.3集成光学光电探测器

4.4光接收组件

4.5常用参数及其测试方法

5光发射接收模块

5.1光发射接收模块的含义

5.2光发射模块

5.3光接收模块

5.4光收发一体模块

5.5集成光学收发模块

6光纤激光器和光放大器

6.1光纤激光器的基本工作原理和优点

6.2各种光纤激光器

6.3光放大器的种类和比较

6.4掺铒光纤放大器

6.5镨掺杂光纤放大器

6.6铥掺杂光纤放大器

6.7拉曼光纤放大器

6.8半导体光放大器

6.9光纤放大器的特性参数和使用注意事项

7光调制器

7.1调制器在纤维光学链路中的作用

7.2光调制器的基本原理

7.3LiNbO3光调制器

7.4半导体光调制器

7.5聚合物波导光调制器

7.6光调制器主要参数和使用光调制器需要了解的问题

8光开关

8.1机械式光开关

8.2液晶光开关

8.3电光效应光开关

8.4热光效应光开关

8.5半导体光放大器光开关

9DWDM用光发射和接收器件

9.1DWDM系统结构与工作原理

9.2DWDM对光收／发器件的要求

9.3固定波长激光器

9.4波长可调激光器

9.5MQW电吸收调制器集成DFBLD

9.6Supercontinuum光源

9.7DWDM用光探测器

10用户接入系统光收发器件与模块

10.1用户接入网系统结构与工作原理

10.2用户接入网的主要光电子器件

10.3光接入系统用组件（模块）

11光电子器件封装技术

11.1光发射和接收器件封装

11.2光收发一体模块的封装结构

11.3高速光电子器件封装

11.4光电器件微型化封装

11.5无源对准技术

11.6石英平面光路器件的封装技术

11.7光表面安装技术

11.8光电子多芯片组件封装技术

12操作光电子器件时的注意事项和预防措施

12.1操作激光二极管时的注意事项和预防措施

12.2操作光电二极管时的注意事项和预防措施

12.3操作光电器件时的共性注意事项及预防措施

13光电子器件的质量/可靠性保证规程

13.1光纤环路应用和可靠性保证概述

13.2激光二极管和激光器组件的质量/可靠性保证规程

13.3发光二极管及其组件的质量/可靠性保证规程

13.4光探测器及其组件的质量/可靠性保证规程

附录光电子器件／组件实例

参考文献