半導體激光器的原理及應用 摘要:半導體激光器的發展迅速,以其獨特的性能及優點獲得了廣泛的應用. 本 文介半紹了半導體激光器的原理、結構、進展。還介紹了半導體激光器在激光測距、激光引信、激光制導跟蹤、激光瞄準和告警、激光通信、光纖陀螺以及國民經濟等各個領域中的應用。大功率半導體激光器在軍事領域和工業領域有著廣泛的應用。 關鍵詞:半導體激光器 原理與應用 未來前景 半導體激光器是以半導體材料(主要是化合物半導體)作為工作物質,以電流注入作為激勵方式的一種小型化激光器。世界上的第一臺半導體激光器是同質結的,即和普通的p—n結極管一樣。這種同質結激光器有源區的厚度為電子擴散長度量級(微米量級),閾值電流密度需達到105A/cm2,因此只能在液氮溫度(77K)和脈沖狀態下工作。 半導體激光器發展的第二階段是異質結構半導體激光器,它是由兩種不同帶隙的半導體材料薄層,如GaAs,GaAlAs所組成,最先出現的是單異質結構激光器(1969年)。單異質結注人型激光器(SHLD)是利用異質結提供的勢壘把注入電子限制在GaAsP一N結的P區之內,以此來降低閥值電流密度,其數值比同質結激光器降低了一個數量級,但單異質結激光器仍不能在室溫下連續工作。 1970年,雙異質結激光器(DHL)利用波段不斷拓寬,線寬和調諧性能逐步提高,在P型和n型材料之間生長了僅有0.2Eam厚的,不摻雜的,具有較窄能隙材料的一個薄層,因此注人的載流子被限制在該區域內(有源區),因而注人較少的電流就可以實現載流子數的反轉.在半導體激光器件中,實現了激光波長為9000Å。室溫連續工作的雙異質結砷化稼一稼鋁砷激光器。 1978年出現了世界上第一只半導體量子阱激光器(QWL),它大幅度地提高了半導體激光器的各種性能。后來,又由于MOCVD,MBE生長技術的成熟,能生長出高質量超精細薄層材料,之后,便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器。 20世紀70年代末開始,半導體激光器明顯向著兩個方向發展,一類是以傳遞信息為目的的信息型激光器。另一類是以提高光功率為目的的功率型激光器。20世紀90年代,連續輸出功率在100以上,脈沖輸出功率在5W以上的高功率半導體激光器取得了突破性進展。
激光器原理:產生激光的必不可少的條件是粒子數反轉和增益大于損耗,所以裝置中必不可少的組成部分有激勵(或抽運)源、具有亞穩態能級的工作介質兩個部分。激勵是工作介質吸收外來能量后激發到激發態,為實現并維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射占主導地位,從而實現光放大。激光器中常見的組成部分還有諧振腔,但諧振腔( 見光學諧振腔)并非必不可少的組成部分,諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向,從而使激光具有良好的方向性和相干性。而且,它可以很好地縮短工作物質的長度,還能通過改變諧振腔長度來調節所產生激光的模式(即選模),所以一般激光器都具有諧振腔。
工作原理是:摻鉺光纖放大器產生光譜放大自發輻射(ASE)信號,ASE信號通過OLT到達AWG,被AWG進行光譜分割后產生多個窄帶信號,這些信號被注入不同的ONU的同一類型FP激光器中,迫使FP激光器產生單波長模式,抑制了多波長模式的產生。最新的產品可支持16個WDM信道,信道間隔為200 GHz,每信道速率為1.25 Gbit/s,可支持大約21 dB的ODN鏈路預算。