精選百科
本文由作者推薦
小編整理：
激光二極管是二極管種類之一，包括單異質結（SH）、雙異質結（DH）和量子阱（QW）激光二極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低、輸出功率高的優(yōu)點，是市場應用的主流產品。與激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長的優(yōu)點，但其輸出功率?。ㄒ话阈∮?mW），線性差、單色性不太好，使其在有線電視領域的應用受到限制。激光二極管
二極管種類之一
激光二極管包括單異質結（SH）、雙異質結（DH）和量子阱（QW）激光二極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低，輸出功率高的優(yōu)點，是市場應用的主流產品。同激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長的優(yōu)點，但其輸出功率小（一般小于2mW），線性差、單色性不太好，使其在有線電視系統(tǒng)中的應用受到很大限制，不能傳輸多頻道，高性能模擬信號。在雙向光接收機的回傳模塊中，上行發(fā)射一般都采用量子阱激光二極管作為光源。
基本信息
| 中文名 | 激光二極管 |
| 外文名 | Laser diode |
| 優(yōu)勢 | 效率高、體積小、壽命長 |
| 領域 | 信息科學 |
| 種類 | 單異質結、雙異質結等激光二極管 |
起源
激光的產生
一是處于高能態(tài)的粒子自發(fā)向低能態(tài)躍遷，稱之為自發(fā)輻射；
二是處于高能態(tài)的粒子在外來光的激發(fā)下向低能態(tài)躍遷，稱之為受激輻射；
自發(fā)輻射，即使是兩個同時從某一高能態(tài)向低能態(tài)躍遷的粒子，它們發(fā)出光的相位、偏振狀態(tài)、發(fā)射方向也可能不同，但受激輻射就不同，當位于高能態(tài)的粒子在外來光子的激發(fā)下向低能態(tài)躍遷，發(fā)出在頻率、相位、偏振狀態(tài)等方面與外來光子完全相同的光。在激光器中，發(fā)生的輻射就是受激輻射，它發(fā)出的激光在頻率、相位、偏振狀態(tài)等方面完全一樣。任何的受激發(fā)光系統(tǒng)，
即有受激輻射，也有受激吸收，只有受激輻射占優(yōu)勢，才能把外來光放大而發(fā)出激光。而一般光源中都是受激吸收占優(yōu)勢，只有粒子的平衡態(tài)被打破，使高能態(tài)的粒子數(shù)大于低能態(tài)的粒子數(shù)（這樣情況稱為離子數(shù)反轉），才能發(fā)出激光。
產生激光的三個條件是：實現(xiàn)粒子數(shù)反轉、滿足閾值條件和諧振條件。產生光的受激發(fā)射的首要條件是粒子數(shù)反轉，在半導體中就是要把價帶內的電子抽運到導帶。為了獲得離子數(shù)反轉，通常采用重摻雜的P型和N型材料構成PN結，這樣，在外加電壓作用下，在結區(qū)附近就出現(xiàn)了離子數(shù)反轉—在高費米能級EFC以下導帶中貯存著電子，而在低費米能級EFV以上的價帶中貯存著空穴。實現(xiàn)粒子數(shù)反轉是產生激光的必要條件，但不是充分條件。要產生激光，還要有損耗極小的諧振腔，諧振腔的主要部分是兩個互相平行的反射鏡，激活物質所發(fā)出的受激輻射光在兩個反射鏡之間來回反射，不斷引起新的受激輻射，使其不斷被放大。只有受激輻射放大的增益大于激光器內的各種損耗，即滿足一定的閾值條件：
P1P2exp（2G - 2A) ≥ 1
（P1、P2是兩個反射鏡的反射率，G是激活介質的增益系數(shù)，A是介質的損耗系數(shù)，exp為常數(shù)），才能輸出穩(wěn)定的激光，另一方面，激光在諧振腔內來回反射，只有這些光束兩兩之間在輸出端的相位差Δф =2qπ q=1、2、3、4。時，才能在輸出端產生加強干涉，輸出穩(wěn)定激光。設諧振腔的長度為L，激活介質的折射率為N，則
Δф=（2π/λ）2NL=4πN(Lf/c)=2qπ，
上式可化為f=qc/2NL該式稱為諧振條件，它表明諧振腔長度L和折射率N確定以后，只有某些特定頻率的光才能形成光振蕩，輸出穩(wěn)定的激光。這說明諧振腔對輸出的激光有一定的選頻作用。
發(fā)展
上世紀60年代發(fā)明的一種光源，命名為激光，LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母縮寫。
1964 年將其工作溫度提高到室溫。
1969年制造出室溫下脈沖工作的單異質結激光二極管，
1970年制成室溫下連續(xù)工作的 Ga1-xAlxAs/GaAs雙異質結(DH)激光二極管。此后，激光二極管迅速發(fā)展。1975年 Ga1-xAlxAs/GaAsDH 激光二極管的壽命提高到105小時以上。In1-xGaxAs1-yPy/InP 長波長DH激光二極管也取得重大進展，因而推動了光纖通信和其他應用的發(fā)展。此外還出現(xiàn)了由Pb1-xSnxTe等 Ⅳ-Ⅵ族材料制成的遠紅外波長激光二極管。
簡介
半導體激光二極管的基本結構：垂直于PN結面的一對平行平面構成法布里——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。
激光二極管
半導體中的光發(fā)射通常起因于載流子的復合。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(qū)經PN結注入P區(qū)，空穴從P區(qū)經過PN結注入N區(qū)，這些注入PN結附近的非平衡電子和空穴將會發(fā)生復合，從而發(fā)射出波長為λ的光子，其公式如下：
λ = hc/Eg ⑴
上述由于電子與空穴的自發(fā)復合而發(fā)光的現(xiàn)象稱為自發(fā)輻射。當自發(fā)輻射所產生的光子通過半導體時，一旦經過已發(fā)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(fā)的載流子復合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大，則會形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數(shù)反轉。當有源層內的載流子在大量反轉情況下，少量自發(fā)輻射產生的光子由于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，或者說對某一頻率具有增益。當增益大于吸收損耗時，就可從PN結發(fā)出具有良好譜線的相干光——激光，這就是激光二極管的簡單原理。
常用參數(shù)
⑵閾值電流Ith ：即激光管開始產生激光振蕩的電流，對一般小功率激光管而言，其值約在數(shù)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。
⑷垂直發(fā)散角θ⊥：激光二極管的發(fā)光帶在垂直PN結方向張開的角度，一般在15?~40?左右。
⑸水平發(fā)散角θ∥：激光二極管的發(fā)光帶在與PN結平行方向所張開的角度，一般在6?~ 10?左右。
⑹監(jiān)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。
工作原理
導電特性
二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負極流出。下面通
過簡單的
實驗說明二極管的正向特性和反向特性。
1·正向特性
在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當加在二極管兩端的正向電壓很小時，二極管仍然不能導通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V）以后，二極管才能直正導通。導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V），稱為二極管的“正向壓降”。
2·反向特性
特色
當激光二極管注入電流在臨界電流密度以下時，發(fā)光機制主要是自發(fā)放射，光譜分散較廣，頻寬大約
在100到500埃（埃=10-1奈米，原子直徑的數(shù)量級就是幾個?！抵g。但當電流密度超過臨界值時，就開始產生振蕩，最后只剩下少數(shù)幾個模態(tài)，而頻寬也減小到30埃以下。而且，激光二極管的消耗功率極小，以雙異質結構激光為例，最大的額定電壓通常低于2伏特，輸入電流則在15到100毫安之間，消耗功率往往不到一瓦特，而輸出功率達數(shù)十毫瓦特以上。
激光二極管的特色之一，是能直接從電流調制其輸出光的強弱。因為輸出光功率與輸入電流之間多為線性關系，所以激光二極管可以采用模擬或數(shù)字電流直接調制輸出光的強弱，省掉昂貴的調制器，使二極管的應用更加經濟實惠。
發(fā)光原理
激光二極管的發(fā)光原理：激光二極管中的P-N結由兩個摻雜的砷化鎵層形成。它有兩個平端結構，平行于一端鏡像（高度反射面）和一個部分反射。要發(fā)射的光的波長與連接處的長度正好相關。當P-N結由外部電壓源正向偏置時，電子通過結而移動，并像普通二極管那樣重新組合。當電子與空穴復合時，光子被釋放。這些光子撞擊原子，導致更多的光子被釋放。隨著正向偏置電流的增加，更多的電子進入耗盡區(qū)并導致更多的光子被發(fā)射。最終，在耗盡區(qū)內隨機漂移的一些光子垂直照射反射表面，從而沿著它們的原始路徑反射回去。反射的光子再次從結的另一端反射回來。光子從一端到另一端的這種運動連續(xù)多次。在光子運動過程中，由于雪崩效應，更多的原子會釋放更多的光子。這種反射和產生越來越多的光子的過程產生非常強烈的激光束。在上面解釋的發(fā)射過程中產生的每個光子與在能級，相位關系和頻率上的其他光子相同。因此，發(fā)射過程給出單一波長的激光束。為了產生一束激光，必須使激光二極管的電流超過一定的閾值電平。低于閾值水平的電流迫使二極管表現(xiàn)為LED，發(fā)出非相干光。
種類
DFB-LD
F-P(法布里-珀羅）腔LD已成為常規(guī)產品，向高可靠低價化方向發(fā)展。DFB-LD的激射波長主要由器件內部制
備的微小折射光柵周期決定，依賴沿整個有源層等間隔分布反射的皺褶波紋狀結構光柵進行工作。DFB-LD兩邊為不同材料或不同組分的半導體晶層，一般制作在量子阱QW有源層附近的光波導區(qū)。這種波紋狀結構使光波導區(qū)的折射率呈周期性分布，其作用就像一個諧振控，波長選擇機構是光柵。利用QW材料尺寸效應和DFB光柵的選模作用，所激射出的光的譜線很寬，在高速率調制下可動態(tài)單縱模輸出。內置調制器的DFB-LD滿足光發(fā)射機小型、低功耗的要求。
DFB-LD多采用Ⅲ和Ⅴ族元素組成的三元化合物、四元化合物，在1550nm波段內，最成熟的材料是InGaAsP/InP。新型AIGaInAs/InP材料的研發(fā)日趨成熟，國際上僅少數(shù)幾家廠商可提供商用產品。優(yōu)化器件結構，有源區(qū)為應變超晶格QW。有源區(qū)周邊一般為雙溝掩埋或脊型波導結構。有源區(qū)附近的光波導區(qū)為DFB光柵，采用一些特殊的設計，如：波紋坡度可調分布耦合、復耦合、吸收耦合、增益耦合、復合非連續(xù)相移等結構，提高器件性能。生產技術中，金屬有機化學汽相淀積MOCVD和光柵的刻蝕是其關鍵工藝。MOCVD可精確控制外延生長層的組分、摻雜濃度、薄到幾個原子層的厚度，生長效率高，適合大批量制作，反應離子束刻蝕能保證光柵幾何圖形的均勻性，電子束產生相位掩膜刻蝕可一步完成陣列光柵的制作。1550nmDFB-LD開始大量用于622Mb/s、2.5Gb/s光傳輸系統(tǒng)設備，對波長的選擇使DFB-LD在大容量、長距離光纖通信中成為主要光源。
同一芯片上集成多波長DFB-LD與外腔電吸收調制器的單芯片光源也在發(fā)展中。研制成功的電吸收調制器集成光源，采用有源層與調制器吸收層共用多QW結構。調制器的作用如同一個高速開關，把LD輸出變換成二進制的0和1。在一塊芯片上形成40種不同的折射光柵，波長1530--1590nm的40路調制器集成光源，信道間隔為200GHz。其開發(fā)目標是集成100個發(fā)射波長的LD陣列，以進行9.5THz超大容量的通信。
VCSEL
VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光）二極管的特點如下：從其頂部發(fā)射出圓柱形射束，射束無需進行不對稱矯正或散光矯正，即可調制成用途廣泛的環(huán)形光束，易與光纖耦合；轉換效率非常高，功耗僅為邊緣發(fā)射LD的幾分之一；調制速度快，在1GHz以上；閾值很低，噪聲??；重直腔面很小，易于高密度大規(guī)模制作和成管前整片檢測、封裝、組裝，成本低。
VCSEL采用三明治式結構，其中間只有20nm、1--3層的QW增益區(qū)，上、下各層是由多層外延生長薄膜形成的高反射率為100%的布拉格反射層，由此構成諧振腔。相干性極高的激光束最后從其頂部激射出。多家廠商有1550nm低損耗窗口與低色散的可調諧VCSEL樣品展示。1310nm的產品預計在今后1--2年內上市。可調諧的典型器件是將一只普通980nmVCSEL與微光機電系統(tǒng)的反射腔集成組合，由曲形頂鏡、增益層、反射底鏡等構成可產生中心波長為1550nm的可調諧結構，用一個靜電控制電壓將位于支撐薄膜上的頂端反射鏡定位，改變控制電壓就可調整諧振腔體間隙尺寸，從而達到調整輸出波長的目的。在1528--1560nm范圍連續(xù)可調諧43nm，經過2.5Gb/s傳輸500km實驗無誤碼，邊模抑制優(yōu)于50dB。如果發(fā)射波長在1310--1550nm之間的VCSEL能夠商業(yè)化生產，將會進一步促進光通信發(fā)展，使光網(wǎng)絡更加靠近家庭。已有許多公司公布了這種波長的VCSEL原型機的一些技術數(shù)據(jù)。
DBR-LD
DBR-LD（分布布拉格反射器激光二極管）最具代表性的是超結構光柵SSG結構。器件中央是有源層，兩邊是折射光柵形成的SSG區(qū)，受周期性間隔調制，其反射光譜變成梳狀峰，梳狀光譜重合的波長以大的不連續(xù)變化，可實現(xiàn)寬范圍的波長調諧。采用DBR-LD構成波長轉換器，與調制器單片集成，其芯片左側為雙穩(wěn)態(tài)激光器部分，有兩個激活區(qū)和一個用作飽和吸收的隔離區(qū)；右側是波長控制區(qū)，由移相區(qū)和DBR構成。
1550nm多冗余功能可調諧DBR-LD可獲得16個頻率間隔為100GHz或32頻率間隔為50GHz的波長，隨著大約以10nm間隔跳模，可獲得約100nm的波長調諧。除保留已有的處理和封裝工藝外，還增加了納秒級的波長開關，擴大調諧范圍。
FG-LD
FG-LD(光纖光柵激光二極管）利用已成熟的封裝技術，將含有FG的光纖與端面鍍有增透膜的F-P腔LD耦合而
成可調諧外腔結構的激光器，由LD芯片、空氣間隙、光纖前端的光纖部分組成，光學諧振腔在光柵和LD外端面之間。LD的內端面鍍有增透膜，以減小其F-P模式，F(xiàn)G用來反饋選模，由于其極窄的濾波特性，LD工作波長將控制在光柵的布拉格發(fā)射峰帶寬內，通過加壓應變或改變溫度的方法，調諧FG的布拉格波長，就可以得到波長可控制的激光輸出。FG-LD制作組裝相對簡單，性能卻可與DFB-LD相比擬，激射波長由FG的布拉格波長決定，因此可以精控，單模輸出功率可達10mW以上，小于2.5kHz的線寬，較低的相對強度噪聲與較寬的調諧范圍（50nm），在光通信的某些領域有可能替代DFB-LD。已進行用于2.5Gb/sx64路的信號傳輸?shù)膶嶒?，效果很好?/span>
GCSR-LD
GCSR-LD（光柵耦合采樣反射激光二極管）是一種波長可大范圍調諧的LD，其結構從左往右分別為增益、耦合器、相位、反射器區(qū)域，改變其增益、耦合、相位和反射器各個部分的注入電流，就可改變其發(fā)射波長。此LD波長可調范圍約80nm，可提供322個國際電信聯(lián)盟ITU-T建議的波長表內的波長，已進行壽命試驗。
MOEMS-LD
MOEMS-LD（微光機電系統(tǒng)激光二極管）用靜電方式控制可移動表面設定或調整光學系統(tǒng)中物理尺寸，進行光波的水平方向調諧。采用自由空間微光學平臺技術，控制腔鏡位置實現(xiàn)F-P腔腔長的變化，帶來60nm的可調諧范圍。這種結構既可作可調諧光器件，也可用于半導體激光器集成，構成可調諧激光器。
其它類型LD
光模塊激光二極管內置MQWF-P腔LD或DFB-LD、控制電路、驅動電路，輸出光信號。其體積小，可靠性高，使用方便，在城域網(wǎng)、同步傳輸系統(tǒng)、同步光纖網(wǎng)絡中都大量采用2.5Gb/s光發(fā)射模塊，10Gb/s、40Gb/s處于初期試用階段，向高速化、低成本、微型化發(fā)展。利用高分子材料Polymer折射率隨溫度變化特性，加熱器改變高分子材料光柵溫度，引發(fā)其折射率和光柵節(jié)距變化，使其反射波長改變。已研制出Polymer-AWG波長可調的集成模塊，有16個波長通道，波長間隔200GHz，插損8--9dB，串擾-25dB。用一個高速調制器對每個波長進行時間調制的多波長LD正處于研制階段。這是一種全新的多波長和波長可編程光源。
結構性能
物理結構
是在發(fā)光二極管的結間安置一層具有光活性的半導體，其端面經過拋光后具有部分反射功能，因而形成一光諧振腔。在正向偏置的情況下，LED結發(fā)射出光來并與光諧振腔相互作用，從而進一步激勵從結上發(fā)射出單波長的光，這種光的物理性質與材料有關。
在VCD機中，半導體激光二極管是激光頭的核心部件之一，它大多是由雙異質結構的鎵鋁砷(AsALGA)三元化合物構成的，是一種近紅外半導體器件，波長為780～820 nm，額定功率為3～5 mw。另外，還有一種可見光(如紅光)半導體激光二極管，也廣泛應用于VCD機以及條形碼閱讀器中。
激光二極管的外形及尺寸如圖1所示。其內部結構類型有三種，如圖2所示。
激光二極管具有體積小、重量輕、耗電低、驅動電路簡單、調制方便、耐機械沖擊以及抗震動等優(yōu)點，但它對過電流、過電壓以及靜電干擾極為敏感，因此，在使用時，要特別注意不要使其工作參數(shù)超過其最大允許值，可采用的方法如下：
(2)在激光_極管電路上串聯(lián)限流電阻器，并聯(lián)旁路電容器。
(3)由于激光二極管溫度升高將增大流過它的電流值，因此，必須采用必要的散熱措施，以保證器件工作在一定的溫度范圍之內。
(4)為了避免激光二極管因承受過大的反向電壓而造成擊穿損壞，可在其兩端反并聯(lián)上快速硅二極管。
檢測方法
注意事項
1.激光二極管發(fā)射的激光有可能對人眼造成傷害。二極管工作時，嚴禁直接注視其端面，不能透過鏡片直視激光，也不能透過反視鏡觀察激光。
2.器件需要合適的驅動電源，瞬時反向電流不能超過2uA，反向電壓不得超過3V,否則會損壞器件。驅動電源子在電源通斷時，要防止浪涌電流的措施。用示波器測試驅動電路時，要先斷開電源再連接示波器探頭，若在通電情況下測試探頭，可能引用浪涌電流損壞器件。
3.器件應存放或工作于干凈的環(huán)境中。
4.在較高溫度下工作，會增大閥值電流，較低轉化頻率，加速器件的老化。在調整光輸入量時，要用光功率表檢測，防止超過大額定輸出。
5.輸出功率高于指定參數(shù)工作，會加速元件老化。
6.機器需要充分散熱或在制冷條件下使用，激光二極管的溫度嚴格控制在20度以下，保證壽命。
8.激光器的輸出波長受工作電流與散熱的影響，要保持良好的散熱條件，降低工作時管芯的溫度。加散熱器防止激光二極管在工作中溫升過高。
激光二極管相關的文章
檸檬精，網(wǎng)絡流行詞。其字面意思就是檸檬成精，用來表示自己很酸的感覺，指很喜歡酸別人，嫉妒別人，指嫉妒心很強，見不得別人比自己好，又自視清高的那種人。后來其貶義色彩逐漸淡化，多用于自嘲式地表達對他人從外貌到內在、從物質生活到情感生活的多重羨慕。
KAA084是一個全新的折疊運動自行車設計。它作為一個緊湊型公路自行車。它的快速，硬朗，就像騎一個傳統(tǒng)的大自行車，但它的便攜能力令人難以置信。BioLogic II 框架提供了一個強大的剛性和穩(wěn)定性，是其他大多數(shù)折疊車所無法比擬的水平。。一輛接近完美的小車，有著精致的外觀和強大的戰(zhàn)斗力。市內通勤，周
德黑蘭（波斯語：??????、Tehrān 英文：Tehran）是伊朗的首都，同時也是德黑蘭省省會，總人口達8,429,807人，是伊朗最大的城市，也是西亞地區(qū)最大的城市之一。
阿姆斯特丹（Amsterdam），荷蘭首都及最大城市，人口約110萬，位于荷蘭西部的北荷蘭省。享譽世界的旅游城市和國際大都市，在最新的世界城市排名權威機構GaWC中名列歐洲第三，僅次于倫敦和巴黎。
科幻蘋果核科幻蘋果核是一個由上海各大高?？苹脜f(xié)會牽頭，廣納社會各界科幻奇幻愛好者的聯(lián)盟，旨在加強上海各高?？苹脜f(xié)會的聯(lián)系，激發(fā)更多人對于科學以及幻想的興趣。
浙江本詞條是多義詞，共2個義項中華人民共和國省級行政區(qū)浙江省，簡稱“浙”，省會杭州。浙江省境內最大的河流錢塘江，因江流曲折，稱之江，又稱浙江，省以江名。其地處中國東南沿海長江三角洲南翼，東臨東海，南接福建，西與江西、安徽相連，北與上海、江蘇接壤。浙江地勢由西南向東北傾斜，地形復雜。山脈自西南向東北成大致平行的三支，有“七山一水兩分田”之說。浙江屬典型的亞熱帶季風氣候區(qū)。浙江是全國島嶼最多的省份，其
尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
