近代物理小论文

《近代物理小论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、近代物理半导体激光器的原理及应用院（部）：专业：班級:姓名：学号：1.半导体激光器的原理及特性1.1基本原理半导体材料多是晶体结构。当大虽原了•规则而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价电了•都处在晶体能带上。价电了所处的能带称价带（对应较低能虽）。与价带《近的高能带称导带，能带之间的空域称为禁带。当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中可以自由运动而起导电作用。同时，价带中失掉一个电子，则相当于出现一个带电的空穴，这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。因此，价带中空穴和导带中的电子都旮导

2、电作川，统称为载流子。掺杂半导体与p_n结。没奋杂质的纯净半导休，称为本征半导体。如果在本征半导体屮掺入杂质原子，则在导带之卜*和价带之上形成了杂质能级，分别称力施上能级和受主能级旮施主能级的半导体称为n型半导体；奋受主能级的半导体称这p型半导体。在常温K,热能使n型半导体的大部分施主原了被离化，K中电了被激发到导带上，成为自由电了。而p型半导体的大部分受主原子则俘获丫价带中的电了，在价带中形成空穴。因此，n型半导体主要由导带中的电子导电；p型半导体主要由价带中的空穴导电。半导体激光器中所用半导体

3、材料，掺杂浓度较大，n型杂质原了数一般为2〜SXIOim1;p型为1〜3X10l9cm'o在一块半导体材料中，从P型区到n型区突然变化的区域称为P_n结。其交界側处将形成一空间电荷区。n型半导体带中电了要向P区扩散，而P型半导体价带中的空穴要向n区扩散。这样一来，结构附近的n型区由于是施主而带正电，结区附近的p型区由于是受主而带负电。在交界浙处形成一个由n区指向P区的电场，称为自建电场。此电场会阻止电了和空穴的继续扩散。OOOO2-O000OOO自建电场的示意阁p_n结电注入激发机理。若在形成了p

4、_n结的半导体材料加匕正向偏压，p区接正极，n区接负极。显然，.11•:向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反，它削弱了自建电场对晶体中电了扩散运动的阻碍作用，使n区中的自由电子在正向电压的作用下，又源源不断地通过p-ri结向p区扩散，在结区内M时存在着大呈导带中的电了•和价带中的空穴时，它们将在注入区产生复合，当导带中的电了跃迁到价带时，多杂的能呈就以光的形式发射出來。这就是半导体场致发光的7///////Z///J机理，这种自发S合的发光称为自发辐射。要使P_n结产生激光，必须在结构内形成粒

5、子反转分结区布状态，需使川重掺杂的半导体材料，要求注入p-n结的电流兄够人（如30000A/cm2）o这样在p_n结的局部区域内，就能形成导带中的电子多于价带中空穴数的反转分布状态，从而产生受激合辐射而发出激光。半泞体激光器的结构罔半导体激光器结构。如图为结构图，其外形及大小与小功率半导体三极管差不多，仅在外壳上多一个激光输出窗口。夹着结区的p区与n区做成层状，结区厚为几十微米，而积约小于lmn?。半导体激光器的光学谐振腔是利用与p-n结平而相垂直的A然解理而（110而）构成，它有35的反射率，已

6、足以引起激光振荡。若需增加反射率可迕品而上镀一层二鉍化硅，再镀一层金属银膜，对获得95%以上的反射率。一旦半导体激光器上加上正向偏压时，在结区就发生粒子数反转Ifu进行S合1.2半导体激光器的调制特性激光具有极好的时间相干性和空间相干性，它与无线电波相似，易于调制，且光波的频率极高，能传递信息的界:W:很人。加之激光束发散角小，光能商度集屮，既能传输较远距离，又秘于保密。因而为光信息传递提供了一种理想的光源。把欲传输的信息加载于激光副射的过程称为激光调制，把完成这一过程的装置称为激光调制器，由已调

7、制的激光辐射屮还原出所加载信息的过程则称为解调。由于激光起到“携带”信息的作用，所以称其为载波。通常将欲传递的信息称为调制信号。被调制的激光称为己调波或调制光。激光调制与无线电波调制相类似，激光振荡的瞬时电场也川'表示为：e（t）=Acos（wt+M/）式中A为激光振荡的g振幅，w为调制的角频率，11/为调制的相位角。模拟激光调制讨分为调幅、调频和调相等类型。按载波的振荡输岀方式不M又町分为连续调制、脉冲调制和脉冲编码调制等。脉冲调制主耍分为脉冲调幅（PAM）、脉冲强度调制（PIM）、脉冲调频（P

8、FM）、脉冲调位（PPM）及脉冲调宽（PW1）等类型。脉冲编码调制（PCM）是先将连续的模拟信号通过抽样、量化和编码，转换成一组二进制脉冲代码，用幅度和宽度相等的矩形脉冲的有、无来表示，再将这一系列反映数字信号规律的电脉冲加在一个调制器上以控制激光的输出。这种调制形式也称为数字强度调制。1.3半导体激光器的调制方式半导体激光器的激光调制分为内调制和外调制两类。间接调制是指加载调制信号在激光形成以后进行的，即调制器置于激光谐振腔外，4:调制器上加调制信号电压，使调制器的某些物理特性发