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bb电子平台开奖直播半导体激光器原理(半导体激光器结构是怎样的 半导体激光器工作原理介绍【详解】)

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半导体激光器结构是怎样的 半导体激光器工作原理介绍【详解】

半导体激光器的结构和工作原理分析

现以砷化镓(GaAs)激光器为例,介绍注入式同质结激光器的工作原理。

1.注入式同质结激光器的振荡原理。由于半导体材料本身具有特殊晶体结构和电子结构,故形成激光的机理有其特殊性。

(1)半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而紧密地结合成晶体时,晶体中那些价电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带(对应较低能量)。与价带最近的高能带称导带,能带之间的空域称为禁带。当加外电场时,价带中电子跃迁到导带中去,在导带中可以自由运动而起导电作用。同时,价带中失掉一个电子,则相当于出现一个带正电的空穴,这种空穴在外电场的作用下,也能起导电作用。因此,价带中空穴和导带中的电子都有导电作用,统称为载流子。

(2)掺杂半导体与p-n结。没有杂质的纯净半导体,称为本征半导体。如果在本征半导体中掺入杂质原子,则在导带之下和价带之上形成了杂质能级,分别称为施主能级和受主能级。

有施主能级的半导体称为n型半导体;有受主能级的半导体称这p型半导体。在常温下,热能使n型半导体的大部分施主原子被离化,其中电子被激发到导带上,成为自由电子。而p型半导体的大部分受主原子则俘获了价带中的电子,在价带中形成空穴。因此,n型半导体主要由导带中的电子导电;p型半导体主要由价带中的空穴导电。

半导体激光器中所用半导体材料,掺杂浓度较大,n型杂质原子数一般为(2-5)× 1018cm-1;p型为(1-3)×1019cm-1。

在一块半导体材料中,从p型区到n型区突然变化的区域称为p-n结。其交界面处将形成一空间电荷区。n型半导体带中电子要向p区扩散,而p型半导体价带中的空穴要向n区扩散。这样一来,结构附近的n型区由于是施主而带正电,结区附近的p型区由于是受主而带负电。在交界面处形成一个由n区指向p区的电场,称为自建电场。此电场会阻止电子和空穴的继续扩散。

(3)p-n结电注入激发机理。若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压,p区接正极,n区接负极。显然,正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反,它削弱了自建电场对晶体中电子扩散运动的阻碍作用,使n区中的自由电子在正向电压的作用下,又源源不断地通过p-n结向p区扩散,在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时,它们将在注入区产生复合,当导带中的电子跃迁到价带时,多余的能量就以光的形式发射出来。这就是半导体场致发光的机理,这种自发复合的发光称为自发辐射。

要使p-n结产生激光,必须在结构内形成粒子反转分布状态,需使用重掺杂的半导体材料,要求注入p-n结的电流足够大(如30000A/cm2)。这样在p-n结的局部区域内,就能形成导带中的电子多于价带中空穴数的反转分布状态,从而产生受激复合辐射而发出激光。

2.半导体激光器结构。其外形及大小与小功率半导体三极管差不多,仅在外壳上多一个激光输出窗口。夹着结区的p区与n区做成层状,结区厚为几十微米,面积约小于1mm2。

半导体激光器的光学谐振腔是利用与p-n结平面相垂直的自然解理面(110面)构成,它有35的反射率,已足以引起激光振荡。若需增加反射率可在晶面上镀一层二氧化硅,再镀一层金属银膜,可获得95%以上的反射率。

一旦半导体激光器上加上正向偏压时,在结区就发生粒子数反转而进行复合。

半导体激光器的优点半导体激光器工作原理

半导体激光在1962年被成功激发,在1970年实现室温下连续输出。后来经过改良,开发出双异质接合型激光及条纹型构造的激光二极管等,广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器(激光笔),是目前生产量最大的激光器。下面小编就给大家介绍一下半导体激光器的优点及工作原理,一起来看看吧。

导体激光器工作原理

根据固体的能带理论,半导体材料中电子的能级形成能带。高能量的为导带,低能量的为价带,两带被禁带分开。引入半导体的非平衡电子-空穴对复合时,把释放的能量以发光形式辐射出去,这就是载流子的复合发光。

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一般所用的半导体材料有两大类,直接带隙材料和间接带隙材料,其中直接带隙半导体材料如GaAs(砷化镓)比间接带隙半导体材料如Si有高得多的辐射跃迁几率,发光效率也高得多。

半导体复合发光达到受激发射(即产生激光)的必要条件是:

①粒子数反转分布分别从P型侧和n型侧注入到有源区的载流子密度十分高时,占据导带电子态的电子数超过占据价带电子态的电子数,就形成了粒子数反转分布。

②光的谐振腔在半导体激光器中,谐振腔由其两端的镜面组成,称为法布里一珀罗腔。

③高增益用以补偿光损耗。谐振腔的光损耗主要是从反射面向外发射的损耗和介质的光吸收

半导体激光器是依靠注入载流子工作的,发射激光必须具备三个基本条件:

(1)要产生足够的粒子数反转分布,即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数;

(2)有一个合适的谐振腔能够起到反馈作用,使受激辐射光子增生,从而产生激光震荡;

(3)要满足一定的阀值条件,以使光子增益等于或大于光子的损耗。

半导体激光器工作原理是激励方式,利用半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发光,用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜,组成谐振腔,使光振荡、反馈,产生光的辐射放大,输出激光。

半导体激光器的优点

半导体二极管激光器是最实用最重要的一类激光器。它的优点是体积小、重量轻、可靠性好、使用寿命长、功耗低。此外,半导体激光器采用低电压恒流供电方式,电源故障率低、使用安全,维修成本低。目前,半导体激光器的使用数量居所有激光器之首,某些重要的应用领域,过去常用的其他激光器,已逐渐被半导体激光器所取代。

从上述内容可以看出半导体激光器和其他激光器相比之下,是出众了点,也可谓说是首领,所以也被更加广泛的应用在了生活中,说明它的方便与人,而它的优势被人良好的发挥了出来,给人们的生活带来的很大的便捷。

激光器工作原理

首先,激光器需要一个能源来激发原子或分子。这个能源可以是电、光、化学反应等。一旦原子或分子被激发到高能级,它们就会吸收能量并跃迁到低能级。在这个过程中,它们会释放出一个光子,这个光子的能量等于原子或分子跃迁的能量差。

由于增益介质中的原子或分子是随机分布的,因此产生的光子也是随机分布的。但是,当足够多的原子或分子被激发并产生足够多的光子时,这些光子就会形成一个高强度、高方向性、高相干性的激光束。这个激光束可以在增益介质中传播很远的距离,并具有非常强的能量密度。

激光器的分类

1、固体激光器:这类激光器使用固体材料作为激光介质,通过在固体材料中施加能量来激发粒子,使其发射激光。固体激光器广泛应用于医疗、材料加工、通信和科学研究等领域。

2、气体激光器:这类激光器使用气体作为激光介质,通过将电流或放电通入气体中,激发气体分子的能级跃迁,产生激光。气体激光器在激光打标、切割、医疗和科研等领域有广泛应用。

3、半导体激光器:这类激光器使用半导体材料作为激光介质,通过在半导体材料中注入电流,使电子和空穴复合并产生激光辐射。半导体激光器在光通信、光储存、激光指示器和激光打印等领域得到广泛应用,特点是小巧、高效和长寿命。

半导体激光器的工作原理是什么?

半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件

其工作原理是通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用

武汉三工生产的半导体激光器,采用半导体激光二极管作为泵浦源,端面泵浦光纤耦合,输出功率高,使用寿命长,便于维护,内置散热片风冷保证激光稳定输出,可长时间连续工作

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半导体发光二极管LED和半导体激光器LD的结构、工作原理是什么?它们的特性差别是什么?

它们的结构简单说就是三明治的夹心结构,中间的夹心是有源区。

二者的结构上是相似的,但是LED没有谐振腔,LD有谐振腔。

LD工作原理是基于受激辐射、LED是基于自发辐射。

LD发射功率较高、光谱较窄、直接调制带宽较宽,而LED发射功率较小、光谱较宽、直接调制

带宽较窄。

激光器的工作存在与普通光源不同之处在于,它同时需要激光工作物质(这在半导体激光二极管LD中,激光工作物质即为半导体材料),泵浦(即外加的能量源),谐振腔。

LD和LED的工作时,其体系结构中都存在半导体工作物质和泵浦源,唯一不同的是,LD在其外层通过自然解理形成一重谐振腔,该谐振腔有一定的发光门限条件(即阈值条件)当达到这个条件是,激光器才开始粒子数反转受激发光。当LD的驱动还没达到阈值条件时,它的发光机理其实和LED是没有明显区别的。

半导体泵浦固体激光器的工作原理是什么?

半导体泵浦固体激光器的种类很多,可以是连续的、脉冲的、调Q的,以及加倍频混频等非线性转换的。工作物质的形状有圆柱和板条状的。不同种类的激光器工作原理也不太相同,下面主要介绍端面泵浦固体激光器和侧面泵浦固体激光器两种。

1、端面泵浦固体激光器端面泵浦方式最大的优点就是容易获得好的光束质量,可以实现高亮度的固体激光器。端面泵浦的效率较高。这是因为,在泵浦激光模式不太差的情况下,泵浦光都能由会聚光学系统耦合到工作物质中,耦合损失较少;另一方面,泵浦光也有一定的模式,而产生的振荡光的模式与泵浦光模式有密切关系,匹配的效果好,因此,工作物质对泵浦光的使用率也相对高一些。

正是由于端面泵浦方式效率高、模式匹配好、波长匹配的优点近年来在国际上发展极为迅速,已成为激光学科的重点发展方向之一。它在激光打标、激光微加工、激光印刷、激光显示技术、激光医学和科研等领域都有广泛的用途,具有很大的市场潜力。

2、侧面泵浦固体激光器侧面泵浦(Side Pump)固态激光器激光头是由三个二极管泵浦模块围成一圈组成泵浦源,每个泵浦模块又由3个带微透镜的二极管线阵组成。每个线阵的输出功率平均为20W输出波长为808nm。该装置采用玻璃管巧妙地设计了泵浦腔和制冷通道。玻璃管的表面大部分镀有808nm的高反膜,剩余的部分呈120°镀有三条808nm增透膜,这样便形成了一个泵浦腔。半导体泵浦源发出的光经过三对光束整形透镜会聚到这三条镀增透膜的狭长区域内,然后透过玻璃管的管壁,被晶体吸收。由于玻璃管大部分区域镀有高反膜,使得泵浦光进入泵浦腔以后,便在其中来回的反射,直至被晶体充分地吸收,而且在晶体的横截面上形成了均匀的增益分布。

半导体激光和低强度激光的区别

半导体激光和低强度激光的区别有:发光原理不同、工作方式不同。

1、发光原理不同:半导体激光器的发光原理是电子跃迁,当电子从高能级跃迁到低能级时,会释放出激光光子。而低强度激光器的发光原理是通过激发介质分子或原子的电子,使它们跃迁到高能级,然后通过自发辐射释放出光子。

2、工作方式不同:半导体激光器需要通过电流注入才能工作,而低强度激光器则需要外部光源或电磁场的激发才能工作。

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