元器件科普之半導体激光器发光原理及工作原理

雨太阳

    半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。它具有体为了形成稳定振荡，激光媒质必须能提供足够大的增益，以弥补谐振腔引起的光损要实际获得相干受激辐射，必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激建立起激射媒质（有源区）内载流子的反转分布。在半导体中代表电子能量的是由由于这些特点，半导体激光器自问世以来得到了世界各国的广泛关注与研究。成为半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁



半导体激光器又称激光二极管，是用半導体材料作为工作物質的激光器。它具有体積小、壽命长的特點，并可采用簡單的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之單片集成。

由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。

激光器的发光原理

产生激光要满足以下条件：

一、粒子數反轉；

二、要有谐振腔，能起到光反馈作用，形成激光振蕩；形成形式多样，最简单的是法布里——帕罗谐振腔。

三、产生激光还必须满足閾值条件，也就是增益要大于總的损耗。

（1）满足一定的阀值条件。

为了形成稳定振荡，激光媒质必须能提供足够大的增益，以彌补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的損耗，不斷增加腔內的光场。这就必须要有足夠強的电流注人，即有足够的粒子数反转，粒子数反转程度越高，得到的增益就越大，即要求必须满足一定的电流阀值条件。当激光器达到閥值时，具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大，最后形成激光而连续地输出。

（2）谐振腔，能起到光反饋作用，形成激光振荡。

要实际获得相干受激辐射，必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反饋而形成激光振荡，激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的，通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜，而出光面鍍上減反膜。

对F－P腔（法布里—拍罗腔）半導体激光器可以很方便地利用晶体的与P－N结平面相垂直的自然解理面构成F－P 腔。

（3）增益条件：

建立起激射媒质（有源區）内載流子的反转分布。在半導体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带，因此在半导体中要实现粒子数反转，必须在两个能带区域之间，处在高能态导帶底的电子数比处在低能態价带顶的空穴数大很多，这靠给同质结或异質結加正向偏压，向有源層内注人必要的载流子来實现，将電子从能量较低的价带激發到能量较高的导带中去。當处于粒子数反转状態的大量電子与空穴复合时，便產生受激发射作用。

半導體激光器特性

半导体激光器是以半导体材料為工作物质的一类激光器件。它诞生于1962年，除了具有激光器的共同特點外，還具有以下優点：

（1） 体积小，重量轻；

（2） 驅动功率和電流较低；

（3） 效率高、工作寿命长；

（4） 可直接电调制；

（5） 易于与各種光电子器件實现光电子集成；

（6） 与半导体制造技术兼容；可大批量生产。

由于这些特點，半导體激光器自问世以来得到了世界各国的广泛关注与研究。成为世界上发展最快、应用最广泛、最早走出實驗室实现商用化且產值最大的一类激光器。

半导体激光器工作原理

半導体激光器工作原理是激勵方式，利用半导體物质（即利用电子）在能带间跃遷发光，用半导体晶體的解理面形成两个平行反射鏡面作为反射镜，組成谐振腔，使光振蕩、反馈，产生光的辐射放大，輸出激光。

半导体激光器是依靠注入载流子工作的，发射激光必须具备三个基本条件：

（1）要產生足够的 粒子数反轉分布，即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数；

（2）有一个合适的諧振腔能夠起到反饋作用，使受激辐射光子增生，从而產生激光震荡；

（3）要满足一定的阀值条件，以使光子增益等于或大于光子的损耗。

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