半导体激光器输出特性的影响因素Word下载.docx

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半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg（eV）。

hf=Eg

f（Hz）和λ（μm）分别为发射光的频率和波长

且c=3×

108m/s，h=6.628×

10−34J·

s，leV=1.60×

10−19J

得

决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。

不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg，因而有不同的发射波长λ：

GaAlAs-GaAs材料适用于0.85μm波段，InGaAsP-InP材料适用于1.3~1.55μm波段。

温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。

2．

光功率

半导体激光器的输出光功率

其中I为激光器的驱动电流，Pth为激光器的阈值功率；

Ith为激光器的阈值电流；

ηd为外微分量子效率；

hf为光子能量；

e为电子电荷。

hf、e为常数，Pth很小可忽略。

由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I、阈值电流Ith以及外微分量子效率ηd。

驱动电流是可随意调节的，因此这里主要讨论后两者。

除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。

1）阈值电流

半导体激光器的输出光功率通常用P-I曲线

温度变化将改变激光器的输出光功率，有两个原因：

一是激光器的阈值电流随温度升高而增大。

温度对阈值电流的影响，可用下式描述：

式中，I0表示室温下的阈值电流，T表示温度，T0称为特征温度（表示激光器对温度的敏感程度）。

一般InGaAsP的激光器，T0=50～80K；

A1GaAs/GaAs的激光器，T0=100～150K。

二是外微分量子效率随温度升高而减小。

如GaAs激光器，绝对温度77K时，ηd约为50%；

当绝对温度升高到300K时,ηd只有约30%。

3．光谱

半导体激光器的光谱随着驱动电流的变化而变化。

当驱动电流I＜阈值电流Ith时，发出的是荧光，光谱很宽，如图（a）所示。

当I＞Ith后，发射光谱突然变窄，谱线中心强度急剧增加，表明发出激光，如图（b）所示。

当驱动电流达到阈值后，随着驱动电流的增大，纵模模数变小，谱线宽度变窄。

当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模。

此外，温度也会影响半导体激光器的光谱。

随着温度的升高，半导体的禁带宽度变小，将导致整个光谱向长波长方向移动。

4．激光束的空间分布

激光束的空间分布用近场和远场来描述。

近场是指激光器反射镜面上的光强分布，远场是指离反射镜面一定距离处的光强分布。

近场和远场是由谐振腔（有源区）的横向尺寸，即平行于PN结平面的宽度w和垂直于PN结平面的厚度t所决定的，并称为激光器的横模。

平行于结平面的谐振腔宽度w由宽变窄，场图呈现出由多横模变为单横模；

垂直于结平面的谐振腔厚度t很薄，这个方向的场图总是单横模。

下图为典型半导体激光器的远场辐射特性，图中θ‖和θ⊥分别为平行于结平面和垂直于结平面的辐射角，整个光束的横截面呈椭圆形。