半导体激光器原理及技术

01半导体激光器原理

  1、工作物质：通过特殊工艺掺杂的半导体材料，形成PN结和一定的能带结构;

  2、泵浦源：通过施加正向电压，实现PN结激活区(有源层)非平衡载流子粒子数反转，产生受激辐射光;

  3、光学谐振腔：由晶体的自然解理面做反射镜形成法布里玻罗谐振腔，实现波长选择，产生激光。

  半导体激光器波长覆盖范围为紫外至红外波段(300nm~十几微米)，其中1.3um与1.55um为光纤传输的两个窗口。

02半导体激光组件

  1、光隔离器：防止激光反射，实现激光单向输出;

  2、背光监视光电二极管：监视功率变化，用于自动功率控制;

  3、尾纤和连接器;

  4、LD驱动电路：包括电源和LD芯片之间的匹配阻抗电路

  5、热敏电阻：监测组件温度

  6、热电致冷器：通过改变外部工作电流的极性，来实现加热和冷却的目的，用于激光器自动温度控制。

  7、其他准直激光器输出场的透镜、光纤耦合器及支架等。

03半导体激光器的光电参数

V-I曲线

P-I 曲线

  P-V-I是激光器组件的重要特性之一，它反映出激光器组件的多项性能指标(反向饱和电压、阈值电流等)

04半导体激光器的调制特性其参数

  a)调制电流(Imod)——调制电流等于达到额定输出光功率时所需的总电流值(I)减去阈值电流(Ith)，即：Imod=I-Ith。

  b)上升(tr)、下降(tf)时间——上升、下降时间是指激光器输出光功率的脉冲响应时间。把光脉冲的上升时间定义为从额定光功率的10%上升到90%所需的时间;把光脉冲下降时间定义为从额定光功率的90%下降到10%所需的时间，如左图所示。通常把偏置电平设在Ith或稍高于Ith。对激光器来说，总是希望由小的上升、下降时间。

05半导体激光器的相对强度噪声

  由于激光器谐振腔内载流子和光子密度的量子起伏，造成输出光波中存在着固定的量子噪声，这种量子噪声一般用相对强度噪声来度量，用RIN表示。由于RIN的存在，会影响光纤传输系数的信号质量。对光CATV系统而言，要求RIN小于-150dB/Hz。

  由于激光器谐振腔内载流子和光子密度的量子起伏，造成输出光波中存在着固定的量子噪声，这种量子噪声一般用相对强度噪声来度量，用RIN表示。由于RIN的存在，会影响光纤传输系数的信号质量。对光CATV系统而言，要求RIN小于-150dB/Hz。

06两种典型半导体激光器

DFB（分布反馈式）激光器

DBR（分布布拉格）激光器

07康冠光电半导体激光器