半导体激光器主要性能参数定义.docx

半导体激光器1．P-I 特性及阈值电流P-I特性揭示了 LD输出光功率与注入电流之间的变化规律，因此是LD最重 要的特性之一典型的激光器P-I曲线由P-I曲线可知，LD是阈值型器件，随注入电流的不同而经历了几个典型 阶段• 当注入电流较小时，有源区里不能实现粒子数反转，自发辐射占主导地位， LD 发射普通的荧光，光谱很宽，其工作状态类似于一般的发光二极管• 随着注入电流的加大，有源区里实现了粒子数反转，受激辐射开始占主导 地位，但当注入电流仍小于阈值电流时，谐振腔里的增益还不足以克服损 耗，不能在腔内建立起一定模式的振荡，LD发射的仅仅是较强的荧光， 称为“超辐射”状态• 只有当注入电流达到阈值以后，才能发射谱线尖锐、模式明确的激光，光 谱突然变窄并出现单峰（或多峰）2．激光器线宽半导体的激光器的线宽是多少？有的用nm表示，有的用Hz表示，计算公 式是什么？经常会提到激光器的线宽＜0.0001 nm换算成“Hz”是多少赫兹 啊？线宽即为激光某一单独模式的光谱宽度，一般表达形式：nm，Hz，cm-1 该参数与激光本身的波长由关系例：比如波长为1064nm,线宽0.1nm，则换算为Hz单位：Av = 3 X10 X 1°9 X 0.1 = 2.65 X1010 = 26.5GHz 106423. 边模抑制比（SSR ）边模抑制比是指在发射光谱中，在规定的输出功率和规定的调制（或cw）时最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。

边模抑制比示意图4. 振荡腔谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频 率和方向的光加以抑制凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外; 沿轴线 运动的光子将在腔内继续前进，并经两反射镜的反射不断往返运行产生振荡，运 行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射，沿轴线运行的光子将不断增殖，在腔 内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，这就是激光为把激光引出腔 外，可把一面反射镜做成部分透射的，透射部分成为可利用的激光，反射部分留 在腔内继续增殖光子光学谐振腔的作用有：①提供反馈能量，②选择光波的方向和频率谐振腔 内可能存在的频率和方向称为本征模两反射镜的曲率半径和间距（腔长）决定 了谐振腔对本征模的限制情况不同类型的谐振腔有不同的模式结构和限模特 性5. 三种类型的QCL按振荡腔设计的差异，QCL可以分为三大类:图 1 ： QC 激光器的基本结构包括 FP-QCL （上图）、 DFB-QCL （中图）和 ECqcL （下图）增益介质显 示为灰色，波长选择机制为蓝色，镀膜面为橙色，输出光束为红色FP-QCL :最简单的结构是F-P （法布里-珀罗）腔激光器（FP-QCL ）。

在F-P 结构中，切割面（天然理解面）为激光提供反馈，有时也使用介质膜以优化输出DFB-QCL :第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅这种结构（DFB- QCL）可以输出较窄的光谱，但是输出功率却比FP-QCL结构低很多通过最大 范围的温度调谐，DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐（通过缓慢的温度调谐 获得10~20cm-1的调谐范围，或者通过快速注入电流加热调谐获得2~3cm-1 的范围）图中光栅的周期为A，称为栅距只有满足下式的那些特定波长的光才会受到强烈反射，从而实现动态单纵模工作式也称为分布反馈条件（一般m取1）4竽EcqcL:将QC芯片和外腔结合起来，形成ECqcL这种结构既可以提供窄光 谱输出，又可以在QC芯片整个增益带宽上(数百cm-1)提供快调谐(速度超 过10ms)由于ECqcL结构使用低损耗元件，因此它可在便携式电池供电的条 件下高效运作6. 三种类型的光通信激光器在常用的三种激光中，FP激光比DFB激光容易产生，但FP激光的光线较 宽(>1nm)，波长的温度漂移也较大(0.5nm/oC),因此不适用于高速和/或远程 应用DFB激光的光线则相对较窄(<0.04nm)，波长对温度的漂移也较小(0.1n m/C)，因此就比较适合高性能的通信应用。

但DFB激光也有缺陷首先，它 工作在1500nm波段时很容易产生啁啾，因此通常需要外加调制器(在1300nm 波段此局限并不重要)；其次，它没有FP或VCSEL激光那样容易产生，而且所 需的阈值电流也比 VCSEL 激光大VCSEL激光的优点是线宽较窄(0.35nm )且波长对温度漂移较小(0.06nm /°C)另外，VCSEL激光的阈值电流也较小(1mA)，在相同的输出功率下，它 比DFB激光和FP激光的效率更高，而且不象DFB激光那样容易产生啁啾因 而，即使速度为10Gbps的数据也可以直接采用VCSEL激光调制最后，比起 其它激光，制造和调整准直V CSEL都比较容易，这样就能够生产低成本基于V CSEL的收发器这些特性看起来足以使VCSEL成为高性能通信应用的理想解决 方案其中850nm的VCSEL已经获得大规模的应用，但是由于长波长(1310 nm、1550nm )的VCSEL具有输出功率不足以及制造工艺复杂等缺点，一直未 能获得大规模应用。