关于博士生专业课半导体激光器的设计理论的选课通(精)
半导体激光器(一)PPT课件
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1 P ( E ) 费米能级 ——用于描述半导体中各能级被电子占据的状态，在费米能级，被电子占据 E Ef 和空穴占据的概率相同。在本征半导体中， 1 exp[ ] KT 位于禁带中央；N型半导体中 增大；在P型半导体中 减小。
Ef
Ef
Ef
P 区
PN 结空 间电 场区
N 区
+ + + + ++
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是 阈值增益系数； ln( 1 ) R1 R2 是谐振腔内激活物质的损耗系数； th 2L 为谐振腔长度 th 激光振荡的相位条件为： 或
L
L q
2n
L
2 nL
半导体激光器的基本结构
• 同质结 • 单异质结（LH） • 双异质结（DH）
双异质结（DH)LD的结构
E2
初态
hf12
E1
hf12
E2
终态
hf12
E1
hf12
(c)受激辐射
(a)受激吸收
能级与电子跃迁示意图
(b)自发辐射
粒子数反转分布
设在单位物质中低能级电子数和高能级电子数分别为 N1 和N2物质在正常状态下N1＞N2，受激吸收与受激辐射的速率 分别比例于N1和N2且比例系数相等，此时光通过该物质时， 光强会衰减，物质为吸收物质。若N2＞N1，受激吸收小于受 激辐射，光通过该物质时，光强会放大，该物质成为激活 物质。N2＞N1的分布与正常状态相反，故称为粒子数反转分 布。
光与物质相互作用的三种基本方式
• 自发辐射——无外界激励而高能级电子自发跃迁到低能级， 同时释放出光子。 • 受激辐射——高能级电子受到外来光作用，被迫跃迁到低 能级，同时释放出光子，且产生的新光子与外来激励光子 同频同方向，为相干光。 • 受激吸收——低能级电子在外来光作用下吸收光能量而跃 迁到高能级。
关于博士生专业课半导体激光器的设计理论的选课通(精)
关于博士生专业课《半导体激光器的设计理论》的选课通知
各位导师、研究生：
我部从2006年2月17日（周五）开始继续开设北京大学郭长志教授讲授的《半导体激光器的设计理论－速率方程理论部分》（3学分），请拟选此课程的研究生在2006年1月10日前将含有导师签字的选课表交到研究生部。
郭老师有丰富的教学经验，该课程自开课之日起，一直受到同学们的广泛关注和好评，请准备选此课的同学们积极踊跃报名！
上课时间：每周五上午地点：1#722
研究生部
2006年1月5日
附件：《半导体激光器的设计理论一》的课程大纲：。
半导体激光器的原理及其应用PPT
高功率半导体激光器的可靠性是关键问题之一，需要解决长 时间运行下的热效应、光束质量变化和器件失效等问题。研 究和发展高效散热技术、光束控制技术和寿命预测技术是提 高可靠性的重要途径。
多波长与调谐技术
多波长
多波长半导体激光器在通信、光谱分析和传感等领域具有重要应用。实现多波长输出的关键在于利用 增益耦合或波导耦合等技术，将不同波长的光场限制在相同的谐振腔内，以实现波长的稳定和可控。
跃迁过程
在半导体中，电子从价带跃迁到导带是通过吸收或释放光子的方 式实现的。当电子从导带回到价带时，会释放出能量，这个能量 以光子的形式辐射出来。
载流子输运与动态过程
载流子输运
在半导体中，电子和空穴的输运受到 散射和扩散机制的影响。散射机制包 括声学散射和光学散射等，扩散机制 则是由浓度梯度引起的。
80%
表面处理
利用半导体激光器的热效应，对 金属、塑料等材料表面进行硬化 、熔融、刻蚀等处理，提高材料 性能和外观质量。
生物医疗与科学仪器
医学诊断
半导体激光器在光谱分析、荧 光检测等领域有广泛应用，可 用于医学诊断和药物分析。
生物成像
利用半导体激光器的相干性和 单色性，实现光学成像和干涉 测量，在生物学、医学、物理 学等领域有广泛应用。
详细描述
在光纤通信中，半导体激光器 作为信号源，通过调制产生的 光信号在光纤中传输，实现信 息的快速、远距离传输。
应用优势
半导体激光器具有体积小、功 耗低、调制速度快、可靠性高 等优点，适用于大规模、高容 量的光纤通信系统。
发展趋势
随着5G、物联网等技术的发展 ，光纤通信的需求不断增加， 半导体激光器的性能和可靠性 也在不断提升。
光谱分析
半导体激光器作为光源，可用 于光谱分析技术，检测物质成 分和结构，广泛应用于环境监 测、化学分析等领域。
半导体激光器工课程设计
摘要目前半导体激光器发展非常快。
随着技术的成熟，半导体激光器的应用也越来越广泛。
本文介绍了导体激光器产生激光的机理，即建立特定激光能态间的粒子数反转，并有合适的光学谐振腔。
由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性，一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处，另一方面所产生的激光光束也有独特的优势，使其在社会各方面广泛应用。
半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。
关键字；受激辐射半导体激光器异质结1.半导体激光器工作原理 (1)1.1激光产生工作原理 (1)1.2半导体激光器的工作特性 (2)1.2.1阈值电流 (2)1.2.2方向性 (2)1.2.3效率 (2)1.2.4光谱特性 (2)2.双异质结半导体激光器基本结构 (3)3.半导体激光器特性 (4)3.1功率及伏安特性P-I曲线 (4)3.2温度特性 (4)3.2.1阈值电流的温度特性 (4)3.2.2中心波长 的温度特性 (5)3.3调制特性 (5)4.半导体激光器组件 (6)5.半导体激光器驱动电路 (7)6.半导体激光器的应用前景 (7)参考文献 (8)1.半导体激光器工作原理1.1激光产生工作原理半导体激光器是一种相干辐射光源，要使它能产生激光，必须具备三个基本条件：(1)增益条件：建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布，在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带，因此在半导体中要实现粒子数反转，必须在两个能带区域之间，处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多，这靠给同质结或异质结加正向偏压，向有源层内注人必要的载流子来实现。
将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。
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。
(2)要实际获得相干受激辐射，必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡，激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的，通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜，而出光面镀上减反膜。
光学与电子信息 学院(系) 博士 研究生课程简介.doc
该课程所属基层教学组织（教研室、系）专家小组意见：（该课程是否适合硕士、博士研究生培养的需要？是否与本科生课程重复？是否有稳定的课程组和授课教师队伍？）
1.Frederik Krebs，《Polymeric Solar Cells，Materials, Design, Manufacture》，DEStech，2010年5月
2.吴宇平，锂离子电池--应用与实践(二版)，化学工业出版社，2012，从ISBN: 9787122124210
3.Zhang, J., Zhang, L., Liu, H., Sun, A.,Liu, R-S. (eds.)，Electrochemical Technologies for Energy Storage and Conversion,2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA，ISBN: 978-3-527-32869-7
教授
光电工程
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光电化学
课程教学大纲：
第一章绪论
§1.1半导体材料
§1.2半导体晶体结构、晶格与原子价键
§1.3半导体中的电子状态与能带
§1.4半导体材料的生长与制备
§1.5固体中的缺陷及杂质
§1.6载流子的运动及非平衡载流子
§1.7小结
第二章介观太阳能电池
§2.1半导体光电转化原理及太阳能电池工作原理
考核方式：考试
2.2半导体激光器课件
增益曲线
损耗
一个纵模只有在其增益大于或等于损耗时，才能成为工 作模式，即在该频率上形成激光输出。
有2个以上纵模激振的激光器，称为多纵模激光器。通 过在光腔中加入色散元件等方法，可以使激光器只有一个模 式激振，这样的激光器称为单纵模激光器。
v
§2.2.2 半导体激光器的结构
§2.2.2 半导体激光器的结构
绝缘介质 P-InGaAsP
P-InP N-InP N+-InP衬底 InGaAsP
图2.2.2-2 增益导引型半导体激光器
二、折射率导引型半导体激光器
通过在侧向采用类似异质结的设计而形成的波导，引 入折射率差，也可以解决在侧向的光限制问题，这种激光 器称为折射率导引型半导体激光器。
接点 SiO2 P-InP SiO2
价带 Lx
E2V
（2） 提供光的反馈 ——解理面 晶体中易于劈裂的平面称为“解理面”。凡显露在晶体外 表的晶面往往是一些解理面。
其中最简单的是法布 里——珀罗腔
注入电流
解理面
有源区
解理面
L
R1
增益介质 z=L
R2
z=0
图2.2.1-1 激光二极管的谐振腔
（3） 满足激光器的阈值条件 只有当增益等于或大于总损耗时，才能建立起稳定的振 荡，这一增益称为阈值增益。为达到阈值增益所要求的注入 电流称为阈值电流。 I
半导体激光器的工作原理
基本条件：
1. 有源区载流子反转分布 2. 谐振腔：使受激辐射多次 反馈，形成振荡 3. 满足阈值条件，使增益>损 耗，有足够的注入电流。
§2.2.1 光学谐振腔与激光器的阈值条件
• 激光器稳定工作的必要条件 :
（1） 粒子数反转产生增益
《半导体激光治疗》课件
1980年代
出现了异质结半导体激光器， 提高了器件的效率和可靠性。
1990年代至今
随着材料和工艺的不断改进， 半导体激光器在性能和可靠性 方面得到显著提升，应用领域
不断扩大。
半导体激光技术的特点
高效率
半导体激光器的效率较高，一般可达 到30%以上，使得它在许多领域中具 有竞争优势。
波长可调谐
通过改变半导体激光器的温度或注入 电流等参数，可以实现波长的调谐， 满足不同应用需求。
激光治疗的基本原理是利用激光 的生物刺激作用，调整机体组织 的功能，促进病变组织的修复和
再生。
半导体激光治疗的理论基础
半导体激光器具有波长可调、 输出功率高、体积小、寿命长 等优点。
半导体激光的波长与组织吸收 峰相匹配，可被组织充分吸收 并转化为热能，对病变组织产 生热效应。
半导体激光治疗的理论基础是 利用激光的热效应，对病变组 织进行照射，从而达到治疗目 的。
口腔溃疡治疗
激光照射能够促进口腔黏 膜的再生和修复，加速口 腔溃疡的愈合。
牙齿美白
通过激光照射，能够减少 牙齿表面的色素沉积，使 牙齿变得更加洁白亮丽。
眼科疾病的治疗
眼底病变治疗
青光眼治疗
半导体激光能够通过光凝等手段，治 疗糖尿病视网膜病变、视网膜静脉阻 塞等眼底病变，防止视力进一步恶化 。
激光虹膜成形术和激光小梁成形术等 半导体激光手术可以开放房角、解除 瞳孔阻滞和降低眼压等作用，治疗青 光眼等眼疾。
半导体激光治疗新技术的应用
总结词
随着技术的不断发展，半导体激光治疗新技术不断涌现，为 患者提供了更加安全、有效的治疗方案。
详细描述
目前，半导体激光治疗新技术包括光动力疗法、光热疗法和 光化学疗法等。这些新技术在肿瘤治疗、皮肤疾病、眼科疾 病等领域展现出巨大的潜力，为患者带来了更好的治疗效果 。
博士班资格考核科目「半导体光电」范围(精)
博士班資格考核科目「半導體光電」範圍§半導體光學(佔50%)1. Basic Semiconductor conceptssemiconductor electronic equations, Doping (donars and acceptors), concept of heterostructures, strained tensor in lattice mismatch epitaxy, concepts of p-n andp-i-n diods, p-N heterojunctions, metal-semiconductor junctions, and polar heterostructures. (A: 1, A: 2.10, A: 2.11; B: 2)2. Basic quantum mechanicsSchrödinger Equations, infinite quantum well, square quantum well, the harmonic oscillator, perturbation theory. (B:3)3. Band structures in SemiconductorsThe effective mass theory, Bloch theorem and crystal momentum, k p method for simple bands, strain tensor, strain effect in band structures, Bands structures of alloys, band structures of strained semiconductor quantum well, quantum systems (A:2, A:3;B:4)4. Transport and scattering theorydefect and carrier-carrier scattering, (ionized impurity scattering, charged dislocation scattering, alloy scattering and interface roughness scattering); Lattice vibrations, phonon scattering (acoustic phonon scattering and optical phonon scattering, deformation potential scattering, intervalley scattering and intravalley scattering), velocity-electric field relations in semiconductors (Si, GaAs, GaN, etc.). (A: 4, A: 7)5. Optical properties of semiconductors:Maxwell’s equations and vector potential, interband transitions, indirect interband transitions, charge injection, radiative recombination, non-radiative recombination, quasi-fermi level, effective index method, and waveguides theory. (A: 9; B: 9)6. Excitonic effects:Excitonic states in semiconductors, optical properties with inclusion of excitonic effects, excitonic states in quantum well, excitonic absorption, excitonic broadening. (A: 10; B13)7. Modulations of optical properties:Modulation of optical properties, Electro-optic effect, polarization effects (ferroelectric and piezoelectric), and quantum confined stark effect. (A: 10; B: 13) 參考書A: Electronic and optoelectronic properties of semiconductor structures (2002) –Jasprit SinghB: Physics of Optoelectronic Devices (1996) – S. L. Chuang§光電半導體物理(佔50%)“Solid State Physics” by Ashcroft and Mermin, Chapter 1-11 and Chapter 22-28。
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