激光二極管的簡介
半導體激光二極管的基本結構:垂直於PN結面的壹對平行平面構成法布裏——珀羅諧振腔,它們可以是半導體晶體的解理面,也可以是經過拋光的平面。其余兩側面則相對粗糙,用以消除主方向外其它方向的激光作用。
半導體中的光發射通常起因於載流子的復合。當半導體的PN結加有正向電壓時,會削弱PN結勢壘,迫使電子從N區經PN結註入P區,空穴從P區經過PN結註入N區,這些註入PN結附近的非平衡電子和空穴將會發生復合,從而發射出波長為λ的光子,其公式如下:
λ = hc/Eg ⑴
式中:h—普朗克常數; c—光速; Eg—半導體的禁帶寬度。
上述由於電子與空穴的自發復合而發光的現象稱為自發輻射。當自發輻射所產生的光子通過半導體時,壹旦經過已發射的電子—空穴對附近,就能激勵二者復合,產生新光子,這種光子誘使已激發的載流子復合而發出新光子現象稱為受激輻射。如果註入電流足夠大,則會形成和熱平衡狀態相反的載流子分布,即粒子數反轉。當有源層內的載流子在大量反轉情況下,少量自發輻射產生的光子由於諧振腔兩端面往復反射而產生感應輻射,造成選頻諧振正反饋,或者說對某壹頻率具有增益。當增益大於吸收損耗時,就可從PN結發出具有良好譜線的相幹光——激光,這就是激光二極管的簡單原理。 隨著技術和工藝的發展,多層結構。
常用的激光二極管有兩種:①PIN光電二極管。它在收到光功率產生光電流時,會帶來量子噪聲。②雪崩光電二極管。它能夠提供內部放大,比PIN光電二極管的傳輸距離遠,但量子噪聲更大。為了獲得良好的信噪比,光檢測器件後面須連接低噪聲預放大器和主放大器。
半導體激光二極管的工作原理,理論上與氣體激光器相同。 ⑴波長:即激光管工作波長,可作光電開關用的激光管波長有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。
⑵閾值電流Ith :即激光管開始產生激光振蕩的電流,對壹般小功率激光管而言,其值約在數十毫安,具有應變多量子阱結構的激光管閾值電流可低至10mA以下。
⑶工作電流Iop :即激光管達到額定輸出功率時的驅動電流,此值對於設計調試激光驅動電路較重要。
⑷垂直發散角θ⊥:激光二極管的發光帶在垂直PN結方向張開的角度,壹般在15?~40?左右。
⑸水平發散角θ∥:激光二極管的發光帶在與PN結平行方向所張開的角度,壹般在6?~ 10?左右。
⑹監控電流Im :即激光管在額定輸出功率時,在PIN管上流過的電流。
激光二極管在計算機上的光盤驅動器,激光打印機中的打印頭,條形碼掃描儀,激光測距、激光醫療,光通訊,激光指示等小功率光電設備中得到了廣泛的應用,在舞臺燈光、激光手術、激光焊接和激光武器等大功率設備中也得到了應用。