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半導(dǎo)體激光鐳射機(jī)

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半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管,是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器

詳細(xì)介紹

  半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管,是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器。由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異,不同種類產(chǎn)生激光的具體過(guò)程比較特殊。常用工作物質(zhì)有砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵(lì)方式有電注入、電子束激勵(lì)和光泵浦三種形式。 半導(dǎo)體激光器件,可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等幾種。同質(zhì)結(jié)激光器和單異質(zhì)結(jié)激光器在室溫時(shí)多為脈沖器件,而雙異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。

  半導(dǎo)體二極管激光器是最重要的一類激光器。它體積小、壽命長(zhǎng),并可采用簡(jiǎn)單的注入電流的方式來(lái)泵浦,其工作電壓和電流與集成電路兼容,因而可與之單片集成。并且還可以用高達(dá)GHz的頻率直接進(jìn)行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出。由于這些優(yōu)點(diǎn),半導(dǎo)體二極管激光器在激光通信、光存儲(chǔ)、光陀螺、激光打印、測(cè)距以及雷達(dá)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

  根據(jù)固體的能帶理論,半導(dǎo)體材料中電子的能級(jí)形成能帶。高能量的為導(dǎo)帶,低能量的為價(jià)帶,兩帶被禁帶分開(kāi)。引入半導(dǎo)體的非平衡電子-空穴對(duì)復(fù)合時(shí),把釋放的能量以發(fā)光形式輻射出去,這就是載流子的復(fù)合發(fā)光。

  一般所用的半導(dǎo)體材料有兩大類,直接帶隙材料和間接帶隙材料,其中直接帶隙半導(dǎo)體材料如GaAs(砷化鎵)比間接帶隙半導(dǎo)體材料如Si有高得多的輻射躍遷幾率,發(fā)光效率也高得多。

  半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光達(dá)到受激發(fā)射(即產(chǎn)生激光)的必要條件是:①粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布分別從P型側(cè)和n型側(cè)注入到有源區(qū)的載流子密度十分高時(shí),占據(jù)導(dǎo)帶電子態(tài)的電子數(shù)超過(guò)占據(jù)價(jià)帶電子態(tài)的電子數(shù),就形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。②光的諧振腔在半導(dǎo)體激光器中,諧振腔由其兩端的鏡面組成,稱為法布里一珀羅腔。③高增益用以補(bǔ)償光損耗。諧振腔的光損耗主要是從反射面向外發(fā)射的損耗和介質(zhì)的光吸收。

  半導(dǎo)體激光器是依靠注入載流子工作的,發(fā)射激光必須具備三個(gè)基本條件:

  (1)要產(chǎn)生足夠的 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,即高能態(tài)粒子數(shù)足夠的大于處于低能態(tài)的粒子數(shù);

  (2)有一個(gè)合適的諧振腔能夠起到反饋?zhàn)饔?,使受激輻射光子增生,從而產(chǎn)生激光震蕩;

  (3)要滿足一定的閥值條件,以使光子增益等于或大于光子的損耗。

  半導(dǎo)體激光器工作原理是激勵(lì)方式,利用半導(dǎo)體物質(zhì)(即利用電子)在能帶間躍遷發(fā)光,用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射鏡面作為反射鏡,組成諧振腔,使光振蕩、反饋,產(chǎn)生光的輻射放大,輸出激光。

  半導(dǎo)體激光器優(yōu)點(diǎn):體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、耗電少、效率高等。

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