条形激光器
科学技术术语
条形激光器是在平行于pn结平面的方向上,制造出条形结构,使平行和垂直于pn结平面的两个方向上都能限制载流子,并产生光增益,建立起稳定的光振荡的激光器。条形激光器在结平面侧向具有光波限制和载流子限制机构,它是相对于宽接触而言的。
简介
结平面侧向具有光波限制和载流子限制机构的半导体激光器(见半导体'激光器),它是相对于宽接触而言的。采用条形结构的目的是:①通过载流子限制而降低阈值电流和减小热温升;②通过光场限制以改善横模特性。条形半导体激光器分为两类即增益波导条形激光器和折射率波导条形激光器。
增益波导激光器的注入载流子集中在接触面下宽度约20~30μm,长度为全腔长的条形区内,从而在该条形注入区内产生光增益,而在条形区外仍具有光损耗。尽管这种结构的接触面积可做得很小,但由于限制层内的电流扩展和有源层内的载流子扩散加漂移而使注入载流子在有源区中的分布仍然较宽。此外,由于条形中心区的载流子浓度高,致使此处的折射率降低,形成反波导,使光波向两侧扩展。通常增益波导条形激光器的输出光功率电流关系曲线上出现扭折现象,其原因主要不是由于激光器的内部缺陷和不均匀性,而是由于侧向模式的不稳定性。使条形变窄可提高扭折出现点的功率,当条宽窄至3~4μm时,功率输出呈线性。不过此时折射率反波导现象十分明显,致使远场图样出现双峰,影响了激光器与光纤的耦合效率。增益波导条形激光器结构很多,图1示出其部分结构。
折射率波导激光器其内部沿结平面的折射率分布中间凸变充分大,以补偿载流子注入引起的反波导效应和热效应。但凸变也不能过大,以免造成工艺上的困难。经过精巧的器件设计,可使侧面模式稳定,消除输出光功率和注入电流曲线的扭折现象。通常的折射率波导激光器又有两种类型,一种是利用侧向的异质结来提供光场和载流子的限制,这就属于掩埋异质结构。另一种是采用沟道衬底上生长连续的有源层。常见的折射率波导激光器结构示于图2。倘有源区具有量子阱结构,当可进行杂质诱导无序的条形制作。此外,对条宽窄至量子尺寸的量子阱激光器则成为量子线激光器,其性能将有新的突破(见单频激光器)。
条形激光器的优点
条形结构已成为目前广泛使用的半导体激光器和光通信用的发光二极管的主要结构形式。
1. 由于有源层侧向尺寸减少,光场对称性增加,因而能提高光源与光纤的耦合效率。
2. 因为在侧向对电子和光场有限制,有利于减少激光器的阈值电流和工作电流。例如,目前掩埋条形激光器的阈值电流可低达5mA以下,而输出功率却可达10mA以上。
3. 在这种机构中,由于工作时产生热量的有源层被埋在导热性能良好的无源晶体之中,因而减少了激光器的热阻,有利于提高激光器的热稳定性。
4. 由于有源区面积小,容易获得缺陷尽可能少或无缺陷的有源层。同时,除用作谐振腔的解理面外,整个有源层与外界隔离,有利于提高器件的稳定性与可靠性。
5. 有利于改善侧向模式。
LD与LED的区别及LED的优点
半导体发光二极管和半导体激光器在工作原理上的根本区别在于前者是利用注入有源区的载流子自发辐射复合而发出光子,而后者则是受激辐射复合发光的。发光二极管从材料到器件的异质结构都与半导体激光器没有很大差别。半导体激光器与发光二极管在结构上的主要差别是前者有光学谐振腔,使复合所产生的光子在腔内振荡和放大;而后者则没有谐振腔。它们在主要性能上存在明显差别。半导体发光二极管不像激光器那样存在阈值特性,输出功率与注入电流之间呈线性关系;因为自发发射的随机性,致使发光管的光谱宽度比激光器高几个数量级;光束发散角也很大,因而与光纤耦合效率要比半导体激光器的情况低得多;输出的光功率也要比半导体激光器低得多。
尽管与半导体激光器相比,半导体发光二极管有许多不足之处,但它却在中、短距离光纤通信中得到了广泛的应用。弥补了半导体激光器的某些不足。这是由它的以下特点所决定的:
1. 不存在阈值特性,P-I线性好,因而有利于实现信号无畸变的调制,这在高速模拟调制中是特别重要的;
2. 虽然半导体发光二极管的光相干性很不好,但正是因为如此,避免了半导体激光器容易产生模分配噪声和对来自于光纤传输线路中反射光较灵敏的缺点;
3. 工作稳定,输出功率随温度的变化较小,不需要精确的温度控制,因而驱动电源很简单;
4. 由于不存在像半导体激光器那样的腔面退化,工作寿命可达109小时;
5. 成品率高,价格便宜。
参考资料
最新修订时间:2023-01-31 21:09
目录
概述
简介
参考资料