第四章 半导体激光器讲解
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半导体激光器工作原理首先,半导体激光器中的激活载流子通过注入电流的方式得以激活。
半导体材料通常是由n型和p型半导体组成的p-n结。
当外加正向偏压时,n型半导体中的自由电子将从导带跃迁到p型半导体中的空穴,形成激活载流子。
激活载流子存在于活性层或量子阱中,这是激光器的主要部件。
接下来,需要形成反射反馈来实现光放大。
在半导体激光器中,常常使用镜面和光栅等光学元件来实现反射反馈。
其中,光栅通常被用于频率稳定的激光器,镜面则常用于多模激光器和低成本的边界模激光器。
这些反射反馈会引导光信号在激活载流子的周围多次传输,并逐渐增加光子的数目。
然后,激活载流子引起的光信号在增加光子数目的过程中被光增益介质放大。
半导体激光器中的活性层或量子阱具有较高的光增益,因此能够对穿过的光信号进行放大。
在这个过程中,激活载流子释放出能量,使周围的光子激发更多的激活载流子,这样就形成了光放大的正反馈过程。
最后,在反射反馈和光增益的作用下,激光器中产生了激光输出。
当光信号在活性层或量子阱中传播时,由于反射反馈和光增益的影响,其能量逐渐增加。
当达到激光输出阈值时,产生了相干的激光,从激光器的输出端口射出。
需要注意的是,半导体激光器的一些特殊结构可以实现单模或多模激光输出。
例如,具有窄量子井和窄带隙的阱层等结构可以实现单模输出;而具有宽阱层和厚量子井的结构则有助于实现多模输出。
总的来说,半导体激光器的工作原理涉及激活载流子、形成反射反馈、实现光放大和产生激光输出等过程。
通过这些步骤,半导体激光器能够高效地将电能转化为激光能,并广泛应用于各个领域。