半导体激光器的模式

半导体激光器的近场分布是指LD发光面上的辐射强度分布，即反映P-N结上光强的分布；而远场分布则是指远离激光器无穷远处的辐射强度分布（光强与角度的分布）。

远场分布是近场分布的富氏（Fourie r）变换。

半导体激光器的模式分为空间模和纵模（轴模）。

前者描述围绕输出光束轴线某处光强分布，或者是空间几何位置上的光强（或者光功率）的分布，也称为远场分布；后者则表示是一种频谱，它反映所发射的激光其功率在不同频率（或者波长）分量上的分布。

两者都可能是单模或者出现多个模式（多模）。

边发射半导体激光器具有非圆对称的波导结构，而且在垂直于结平面方向（称横向）和平行于结平面方向（称侧向）有不同的波导结构和光场限制。

横向都是由双异质结构成的折射率波导结构来限制光场；而在侧向，则可由折射率导引结构或增益导引结构，大功率半导体激光器大多采用增益波导结构。

因此半导体激光器的空间模式又有横模和侧模之分。

如图5-1表示了这两种空间模式。

图1 半导体激光器的横模与侧模由于有源层厚度都很小（约为0.15µm），根据平板波导原理，在横向LD都能保证单横模输出；而在侧向，由于其宽度相对较大，因而可能出现多侧模。

如果在这两个方向都能以单模（或称基模）工作，则输出为理想的TE00模，此时光强峰值在光束中心且呈“单瓣”。

这种光束的发散角最小，亮度最高，能实现与单模光纤的高效率耦合，也能通过简单的光学系统聚焦到很小的斑点，这对激光器的应用是非常有利的。

相反，若LD工作在多侧模下，则其发光面上的光场（即近场）在侧向表现出多光丝，好似一些并行的发光丝,而其远场分布则相当复杂。

对于发光尺寸为1×50µm 的半导体激光器，沿1µm方向称为快轴方向，沿50µm方向称为慢轴方向。

在快轴方向光束横截面内光强基本上按正弦（余弦）函数形式分布。

半导体激光器的发散角是光束的基本参数，其定义为远场平面上光强为峰值一半处的两点相对于发光点的夹角。

RFL-A200D光纤输出半导体激光器使用说明书（小型化）1安全信息感谢您选择武汉锐科RFL-A200D光纤输出半导体激光器系统，本用户手册为您提供了重要的安全、操作、维护及其它方面的信息。

故在使用该产品之前，请先仔细阅读本用户手册。

为了确保操作安全和产品运行在最佳状态，请遵守以下注意和警告事项以及该手册中的其他信息。

1.1安全标识◆可能造成严重的人身伤害甚至危及生命安全。

◆可能造成一般的人身伤害或者产品、设备的损坏。

1.2激光安全等级根据国标GB7247.1，条款9，该型号激光器属于4类激光仪器。

该产品发出波长在915nm或915nm附近的激光辐射，且由输出头辐射出的光功率为200W。

直接或间接的暴露于这样的光强度之下会对眼睛或皮肤造成伤害。

尽管该辐射不可见，光束仍会对视网膜或眼角膜造成不可恢复的伤害。

在激光器运行时必须全程佩戴合适且经过认证的激光防护眼镜。

◆在操作该产品时要确保全程配戴激光安全防护眼镜。

激光安全防护眼镜具有激光波长防护选择性，故请用户选择符合该产品激光输出波段的激光安全防护眼镜。

即使佩戴了激光安全防护眼镜，在激光器通电时（无论是否处于出光状态）也严禁直接观看输出头。

1.3安全标识这些安全标识包括：安全警示、激光输出头警示、产品认证、产品铭牌等，如表1所示。

表1安全标识1：激光辐射危险2：激光输出头警示标识（英文）3：激光输出头警示标识(中文)4：4类激光产品标识（英文）5：4类激光产品标识(中文)6：2M类激光产品标识-1mW红光（英文）7：2M类激光产品标识-1mW红光8：强电危险9:激光器铭牌(中文)1.4光学安全激光输出头镜片若有灰尘将会在出光时导致镜片烧毁。

◆请勿在激光输出头保护帽未打开的情况下输出激光，否则将造成激光器输出头镜片或晶体烧毁。

1.5电学安全请通过电源线中的PE线将产品接地，且保证接地牢固可靠。

◆产品接地断开会造成产品外壳带电，将可能导致操作人员人身伤害。

半导体激光器封装技术及封装形式半导体激光器的概念半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。

常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）等。

激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。

半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。

同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。

半导体激光器的工作原理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。

半导体激光器优点：体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。

半导体激光器的封装技术一般情况下，半导体激光器的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。

另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，半导体激光器的发光强度会相应地减少1%左右，封装散热；时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA左右。

但是，半导体激光器的光输出会随电流的增大而增加，很多功率型半导体激光器的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级，需要改进封装结构，全新的半导体激光器封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善热特性。

例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导。

半导体激光器发光原理及工作原理激光器是一种能够产生高度聚焦的、单色、相干光的装置。

半导体激光器是一种基于半导体材料的激光器，其发光原理和工作原理是通过电子在半导体材料中的能带结构和激发机制来实现的。

一、半导体材料的能带结构半导体材料的能带结构是理解半导体激光器发光原理的关键。

半导体材料的能带包括价带和导带，两者之间的能隙称为禁带宽度。

在常温下，半导体材料的价带通常被填满，而导带则是空的。

当外界施加电场或者光照射时，电子可以通过吸收光子或者受到电场加速而跃迁到导带中。

二、激发机制半导体激光器的工作原理是通过电流注入和电子-空穴复合来实现的。

1. 电流注入半导体激光器是通过将电流注入到半导体材料中来激发电子的。

当正向电流通过半导体材料时，电子从价带跃迁到导带中，形成电子空穴对。

这些电子空穴对在材料中逐渐扩散，最终会萃在PN结附近。

2. 电子-空穴复合当电子和空穴相遇时，它们会发生复合反应，释放出能量。

这个能量以光子的形式发射出来，形成激光。

由于半导体材料的能带结构和能隙宽度的设计，电子和空穴的复合过程会产生相干的光，从而形成激光束。

三、半导体激光器的工作原理半导体激光器的工作原理可以分为连续工作和脉冲工作两种模式。

1. 连续工作模式在连续工作模式下，半导体激光器通过不断注入电流来保持激光的连续输出。

当电流注入到半导体材料中时，电子会从价带跃迁到导带中，并与空穴发生复合反应，释放出激光光子。

这些光子会在激光腔中来回反射，激发更多的电子跃迁并产生更多的激光光子。

最终，激光光子通过激光输出端口输出。

2. 脉冲工作模式在脉冲工作模式下，半导体激光器通过调制电流的脉冲宽度和频率来产生脉冲激光。

当电流注入到半导体材料中时，电子和空穴的复合反应会形成瞬时的激光光子。

通过控制电流脉冲的宽度和频率，可以调节脉冲激光的强度和重复率。

四、半导体激光器的应用半导体激光器具有体积小、功耗低、效率高等优点，广泛应用于通信、医疗、材料加工、显示技术等领域。

半导体激光器结构和工作原理半导体激光器是指以注入电流做为激半导体激光器使用指南一、半导体激光器结构和工作原理半导体激光器是指以注入电流做为激励源，由半导体材料和光学谐振腔构成的激光自激励振荡器。

1.半导体材料：具有晶体结构的P型半导体N型半导体结合在一起形成PN结，在输入电流的激励下，实现粒子数反转分布，当受激辐射大于受激吸收时，就产生光的放大作用。

半导体材料的种类决定输出激光的波长，如AlGaINP/GaAs输出激光波长为610nm～690nm，AlGaAs/GaAs输出激光波长为780nm～800nm，InGaAs/GaAs输出激光波长为800nm～1100nm等。

2.光学谐振腔：受激辐射光在光学谐振腔中来回反射，不断反馈振荡，当达到一定强度后，就输出激光。

光学谐振腔和半导体材料的结构决定半导体激光器的性能和寿命。

3.电流：电流作为激励源，注入电流的大小决定半导体激光器的输出功率。

二、半导体激光器的阈值特性：阈值是所有激光器的属性，它标志着激光器的增益与损耗的平衡点，即阈值以后激光器才开始出现净增益。

由于半导体激光器是直接注入电流的电子-光子转换器件，因此其阈值用电流来表示。

阈值电流是评定半导体激光器性能的最主要参数。

对于半导体激光器，只有当注入电流达到一定值后才能既实现粒子数反转又满足谐振腔内光振荡的阈值条件，发射出谱线尖锐，模式明确的激光光束；如果注入电流小于阈值，激光器发出荧光。

一般来说，激光器阈值电流越小，使用寿命越长；阈值电流越大，使用寿命越短。

正常情况下，光纤通讯用半导体激光器的阈值电流电流为8～12mA，连续使用寿命在10万小时以上；其它小功率半导体激光器的阈值电流为20～40mA，连续使用寿命在1～2万小时；大功率半导体激光器的阈值电流为80～150mA，连续使用寿命在5000小时左右。

半导体激光器的阈值特性除受器件结构和半导体材料影响外，温度对它的影响最为明显。

温度升高，半导体激光器的阈值电流随之增大；温度每升高25度，阈值电流增大一倍。