2015第9次课第七章半导体异质结激光器讲解课件

《2015第9次课第七章半导体异质结激光器讲解课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第七章半导体异质结激光器7.1半导体激光器简介7.2半导体激光器工作原理7.3半导体吸收系数的光谱分布7.4谐振腔和阀值条件1什么是激光的三个基本要素？什么是爱因斯坦关系？粒子数翻转增益谱随着注入如何变化。激光器的阈值条件？本次课问题？7.1.1半导体激光器的特点和优势特点：体积小；很高的电-光能量转换效率(通常>50%)；发射的光波长合适(例如石英单模光纤1.3m和1.55m低损耗窗口)；发光区面积小，与光纤芯匹配；驱动电压低(典型值2V)；可以直接电流调制到20GHz以上；高可靠性。从经济角度看，目前半导体激光器已成为最重要的激光器7.1半导体激光器简介Lasercharacteri

2、sticsspectrallybroaddivergentcan’tbefocusedtightlynotveryintenseincoherentverymonochromaticdoesnotdivergeasfastcanbefocusedtightlycanbeextremelyintensespatialcoherence(interference)temporallycoherent(beatnotes)Whatisneeded?Moregenerally:gainmediumpump->farfromthermalequilibriumfeedback(resonator,mi

3、rrors,cavity)发散非相干单色干涉反馈（谐振器，镜子，腔）：光束的选择性增益物质（激活物质）：单光泵浦源（激励源）：粒子数反转光存储激光打印激光显示光通讯7.1.2半导体激光器的应用电吸收分布反馈4PINreceivers160kmstandardfibreboosteramplifier4WDMEA-DFBlaserspre-amplifierattenuatorandpowermeteropticalspectrumanalyserchannelseparation:100GHz(0.8nm)DEMUXlaserassource光功率放大器De-Multiplexer分路器Wa

4、velengthDivisionMultiplexer波分复用系统前置放大器Positive-Instincive-Negative光电转换7.1.3半导体激光器的发展7.1.4实现激光器三个要素光受激辐射、发出激光必须具备三个要素：1、激活介质经受激后能实现能级之间的跃迁；2、能使激活介质产生粒子数反转的泵浦装置；3、放置激活介质的谐振腔，提供光反馈并进行放大，发出激光。半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。7.2.1激光材料的选择7.2半导体激光器工作原理7.2.2自发发射和受激发射Threemajorm

5、ethodsforlighttointeractwithamaterial:Absorption:incomingphotoncreateselectron-holepair(solarcell).SpontaneousEmission:electron-holepairspontaneouslydecaystoejectphoton.StimulatedEmission:incomingphotonstimulateselectron-holepairtodecayandejectanotherphoton,i.e.onephotonintwophotonsout(LASER).自发辐射

6、：是原子在不受外界辐射场控制情况下的自发过程。大量原子的自发辐射场的相位是无规则分布的．因而是不相干的。此外，自发幅射场的传播方向和偏振方向也是无规则分布的，自发辐射平均地分配到腔内所有模式上。受激辐射：在外界辐射场的控制下的发光过程，因而容易设想各原子的受激辐射的相位不再是无规则分布，而应具有和外界辐射场相同的相位。在量子电动力学的基础上可以证明：受激辐射光子与入射(激励)光子属于同一光子态；或者说，受激辐射场与入射辐射场具有相同的频率、相位、波矢(传播方向)和偏振，因而，受激辐射场与入射辐射场属于同一模式。大量原子在同一辐射场激发下产生的受激辐射处于同一光波模或同一光子态，因而是相干的。

7、受激辐射的相干性吸收:向上跃迁的数率可以写成r12=B12f1(1-f2)p(E21)(7.1)1.跃迁几率B122.E1被电子占据的几率f13.E2态空着的几率(1-f2)4.能量为E21的光子密度p(E21)。E1和E2被占据的几率由费米-狄喇克分布给出：(7.2)7.2.3吸收、受激发射和自发发射的关系r21=B21f2(1-f1)p(E21)(7.3)受激发射向下的跃迁的速率：1跃迁几率B122E2被