什么是半導體激光器？

半導體激光器是以一定的半導體材料做工作物質(zhì)而產(chǎn)生激光的器件。。其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導體物質(zhì)的能帶（導帶與價帶）之間，或者半導體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)（受主或施主）能級之間，實現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉，當處于粒子數(shù)反轉狀態(tài)的大量電子與空穴復合時，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導體激光器的激勵方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導體激光器，一般是由砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦（InP）、硫化鋅（ZnS）等材料制成的半導體面結型二極管，沿正向偏壓注入電流進行激勵，在結平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。光泵式半導體激光器，一般用N型或P型半導體單晶（如GaAS，InAs，InSb等）做工作物質(zhì)，以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵。高能電子束激勵式半導體激光器，一般也是用N型或者P型半導體單晶（如PbS，CdS，ZhO等）做工作物質(zhì)，通過由外部注入高能電子束進行激勵。在半導體激光器件中，性能較好，應用較廣的是具有雙異質(zhì)結構的電注入式GaAs二極管激光器。

半導體激光（Semiconductor laser）在1962年被成功激發(fā)，在1970年實現(xiàn)室溫下連續(xù)輸出。后來經(jīng)過改良，開發(fā)出雙異質(zhì)接合型激光及條紋型構造的激光二極管（Laser diode）等，廣泛使用于光纖通信、光盤、激光打印機、激光掃描器、激光指示器（激光筆），是目前生產(chǎn)量最大的激光器。

激光二極體的優(yōu)點有：效率高、體積小、重量輕且價格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%，P-N型也達到數(shù)%~25%，總而言之能量效率高是其最大特色。另外，它的連續(xù)輸出波長涵蓋了紅外線到可見光范圍，而光脈沖輸出達50W（脈寬100ns）等級的產(chǎn)品也已商業(yè)化，作為激光雷達或激發(fā)光源可說是非常容易使用的激光的例子。

半導體激光器主要性能參數(shù)定義

1．P-I 特性及閾值電流

P-I特性揭示了LD輸出光功率與注入電流之間的變化規(guī)律，因此是LD最重要的特性之一。

由P-I曲線可知，LD是閾值型器件，隨注入電流的不同而經(jīng)歷了幾個典型階段。

當注入電流較小時，有源區(qū)里不能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉，自發(fā)輻射占主導地位，LD發(fā)射普通的熒光，光譜很寬，其工作狀態(tài)類似于一般的發(fā)光二極管。

隨著注入電流的加大，有源區(qū)里實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉，受激輻射開始占主導地位，但當注入電流仍小于閾值電流時，諧振腔里的增益還不足以克服損耗，不能在腔內(nèi)建立起一定模式的振蕩，LD發(fā)射的僅僅是較強的熒光，稱為“超輻射”狀態(tài)。

只有當注入電流達到閾值以后，才能發(fā)射譜線尖銳、模式明確的激光，光譜突然變窄并出現(xiàn)單峰（或多峰）。

2．激光器線寬

半導體的激光器的線寬是多少？有的用nm表示，有的用Hz表示，計算公式是什么？經(jīng)常會提到激光器的線寬《0.0001 nm 換算成“Hz”是多少赫茲?。?/p>

線寬即為激光某一單獨模式的光譜寬度，一般表達形式：nm，Hz，cm-1。該參數(shù)與激光本身的波長由關系。

3. 邊模抑制比（SSR）

邊模抑制比是指在發(fā)射光譜中，在規(guī)定的輸出功率和規(guī)定的調(diào)制（或CW）時最高光譜峰值強度與次高光譜峰值強度之比。

4. 振蕩腔

諧振腔的作用是選擇頻率一定、方向一致的光作最優(yōu)先的放大，而把其他頻率和方向的光加以抑制。凡不沿諧振腔軸線運動的光子均很快逸出腔外; 沿軸線運動的光子將在腔內(nèi)繼續(xù)前進，并經(jīng)兩反射鏡的反射不斷往返運行產(chǎn)生振蕩，運行時不斷與受激粒子相遇而產(chǎn)生受激輻射，沿軸線運行的光子將不斷增殖，在腔內(nèi)形成傳播方向一致、頻率和相位相同的強光束，這就是激光。為把激光引出腔外，可把一面反射鏡做成部分透射的，透射部分成為可利用的激光，反射部分留在腔內(nèi)繼續(xù)增殖光子。

光學諧振腔的作用有：

①提供反饋能量，

②選擇光波的方向和頻率。

諧振腔內(nèi)可能存在的頻率和方向稱為本征模。兩反射鏡的曲率半徑和間距（腔長）決定了諧振腔對本征模的限制情況。不同類型的諧振腔有不同的模式結構和限模特性。