半导体激光器稳频技术综述

半导体激光器工作原理及基本结构

工作三要素：
01
受激光辐射、谐振腔、增益大于等于损耗。
02
半导体激光器工作原理
02
在材料设计时，考虑将p区和n区重掺杂等工艺，使得辐射光严格在pn结平面内传播，单色性较好，强度也较大，这种光辐射叫做受激光辐射。
条形结构类型
从对平行于结平面方向的载流子和光波限制情况可分为增益波导条形激光器(普通条形)和折射率波导条形激光器(掩埋条形、脊形波导)。
”
增益波导条形激光器 (普通条形)
特点：只对注入电流的侧向扩展和注入载流子的侧向扩散有限制作用，对光波侧向渗透没有限制作用。我们的808大功率激光器属于这种结构：把p+重掺杂层光刻成条形，限制电流从条形部分流入。但是在有源区的侧向仍是相同的材料，折射率是一样的，对光场的侧向渗透没有限制作用，造成远场双峰或多峰、光斑不均匀，同时阈值高、光谱宽、多纵摸工作，有时会出现扭折问题。
半导体激光器材料和器件结构
808大功率激光器结构
采用MOCVD方法制备外延层，外延层包括缓冲层、限制层、有源层、顶层、帽层。有源层包括上下波导层和量子阱。
有源层的带隙比P型和N型限制层的小，折射率比它们大，因此由P面和N面注入的空穴和电子会限制在有源区中，它们复合产生的光波又能有效地限制在波导层中。大大提高了辐射效率。
最上面的一层材料（帽层）采用高掺杂，载流子浓度高，目的是为了与P面金属电极形成更好的欧姆接触，降低欧姆体激光器器件制备
大片工艺包括：材料顶层光刻腐蚀出条形、氧化层制备光刻、P面和N面电极制备、衬底减薄。条形结构：在平行于结平面方向上也希望同垂直方向一样对载流子和光波进行限制，因此引进了条形结构。条形结构的优点： 1. 使注入电流限制在条形有源区内，限制载流子的侧向扩散，使阈值电流降低； 2. 有源区工作时产生的热量能通过周围四个方向的无源区传递而逸散，提高器件的散热性能； 3. 有源区尺寸减小了，提高材料均匀的可能性； 4. 器件的可靠性提高、效率提高、远场特性改善。

F—P腔的激光稳频技术探讨

F—P腔的激光稳频技术探讨作者：史国庆来源：《市场周刊·市场版》2017年第20期摘要：光电子半导体的发展。

半导体激光器凭借着工作效率高，整体结构简单，工作寿命长，机械强度高，光谱范围宽，可与常用探测器相匹配，成本低的特点被大量的应用在通信领域，航天领域，谱线分析领域。

频率的稳定度的成为了衡量半导体激光器发展的层次。

基于F-P腔的半导体激光器能够拥有较强的稳定性和精度，在一定条件下还具有较强的抗干扰能力，使它具有更广阔的发展空间和发展前景。

在此基础上，运用了PDH技术建立了PDH模型，特别的时针对F-P腔的一系列问题进行研究，充分了解到了激光器的主要是受温度和电流的影响很大，并且分析了在不同的条件下，在稳频的状态的时候，半导体激光器的影响和反应。

关键词：F-P腔；半导体激光器；PDH稳频技术一、绪论（一）稳频技术研究状况稳频技术的原理是为了维持穿过谐振腔光程长度的稳定性，稳频技术主要分为被动稳频和主动稳频。

通过调节F-P腔的腔长长度，使激光重新恢复到稳定的频率上去，从而达到稳频的目的。

稳频技术有饱和吸收法；原子光谱Zeeman效应吸收法；相位调制光外差稳频。

（二）F-P腔的优点及研究现状外腔光反馈元件主要有光栅和F-P腔。

光栅光稳定性较差。

而F-P标准具光反馈稳定性能好，结构简单，可以保证激光器的输出波长始终稳定在系统的中心频率上，并且不会出现频率漂移问题。

F-P腔的优点也不是十全十美的，短期稳定性较低。

所以，要采用一些方法抑制其他因素的扰动诱发的频率漂移，才能尽可能的使激光器得到稳定。

因此半导体激光器的频率是关键，有一种是基于光学元件的稳频，这种电子元件的名字叫做F-P腔，它可以不受波段的限制，成为半导体激光器稳频的主要措施，结合F-P腔的这种特点用来把半导体激光器的稳频恰到好处。

（三）半导体激光器的基本特性半导体激光器主要分为三个部分一部分是激光管，一部分是驱动电源，最后一部分是准直支架三大部分构成半导体激光器产生激光需要适应基本的三个条件：（1）粒子数反转。

半导体激光器的工作原理及应用

半导体激光器的工作原理及应用摘要：半导体激光器产生激光的机理，即必须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。

从同质结到异质结，从信息型到功率型，激光的优越性也愈发明显，光谱范围宽，相干性增强，是半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。

关键词：受激辐射；光场；同质结；异质结；大功率半导体激光器The working principle of semiconductor lasers and applications ABSTRACT: The machanism of lasing by semiconductor laser,which requires set up specially designated reverse of beam of particles among energy stages,and appropriate optical syntonic coelenteronAs the specificity of structure from semiconductor and moving electrons.something interesting happens.On the one hand,the specific process in producing lase,on the other hand,the beam of light has unique advantages。

As the reasons above,we can easily found it all quartersof the society.From homojunction to heterojunction,from informatics to power,the advantages of laser are in evidence,the wide spectrum,the semiconductor open the epoch in the process of laser. Key worlds: stimulated radiation; optical field; homojunction; heterojunction; high-power semiconductor laser 0 前言半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管（LD），是20世纪60年代发展起来的一种激光器。

半导体激光的原理和应用

半导体激光的原理和应用引言半导体激光是一种重要的光学器件，具有广泛的应用领域。

本文将介绍半导体激光的工作原理及其在通信、医疗、制造业等领域的应用。

工作原理半导体激光的工作原理基于半导体材料的特性。

当电流通过半导体材料时，会激发出光子并形成发光。

具体工作原理如下：1.pn结构：半导体激光器的基本结构是由p型半导体和n型半导体组成的pn结构。

在pn结构中，p区和n区之间形成空间电荷区，也称为p-n 结。

2.电流注入：当通过pn结施加适当的电压，电子从n区向p区流动，形成电流注入。

这些电子与空穴在p区与n区之间复合，产生光子。

3.光反射：在激光器的两侧，通常会使用反射镜，以确保光子在激光器内部多次反射，增加激射效果。

4.放大效应：在光子多次反射后，激光器中的光子会被放大，形成激光束。

5.激光输出：当光子放大到一定程度时，会通过激光输出端口输出，形成一束聚焦强度高的激光。

应用领域半导体激光广泛应用于下述领域：1. 通信领域•光纤通信：半导体激光器的小体积、高效率和调制速度的优势，使其成为光纤通信中的关键元件。

它们被用于发送和接收信号，实现高速、稳定的数据传输。

•光纤传感器：半导体激光器可以用于光纤传感器中的光源，通过测量光的特性实现温度、压力和应变等参数的监测。

2. 医疗领域•激光眼科手术：半导体激光器可以用于激光眼科手术，如LASIK手术。

它们通过改变角膜的形状来矫正近视、远视和散光等眼科问题。

•激光治疗：半导体激光器可以用于激光治疗，如治疗疱疹病毒感染、减少毛囊炎症等。

3. 制造业领域•材料加工：半导体激光器用于材料加工，如切割、焊接和打孔等。

由于激光束的高能量密度和聚焦性，它们可以实现高精度的材料加工。

•激光制造：半导体激光器可以用于激光制造，如3D打印、激光烧结等。

它们可以实现复杂结构的制造，提高生产效率。

4. 科研领域•光谱分析：半导体激光器可以用于光谱分析，如拉曼光谱和荧光光谱。

它们可以提供高分辨率和高灵敏度的光谱结果，帮助科研人员研究物质的性质。

半导体激光器原理及光纤通信中的应用

半导体激光器原理及光纤通信中的应用
半导体激光器是一种利用半导体材料的电子和空穴复合产生光子的器件。

它是一种高效、小型化、低成本的光源，被广泛应用于光通信、激光打印、医疗、材料加工等领域。

半导体激光器的工作原理是利用半导体材料的PN结，在外加电压的作用下，电子和空穴在PN结的结界面处复合，产生光子。

这些光子被反射回来，形成光的共振，从而形成激光。

半导体激光器的优点是功率密度高、发射波长可调、寿命长、体积小、功耗低等。

在光纤通信中，半导体激光器是一种重要的光源。

它可以将电信号转换为光信号，通过光纤传输到接收端，再将光信号转换为电信号。

半导体激光器的发射波长与光纤的传输窗口相匹配，可以实现高速、长距离的光纤通信。

同时，半导体激光器的小型化和低功耗也使得光纤通信设备更加紧凑和节能。

除了光纤通信，半导体激光器还被广泛应用于激光打印、医疗、材料加工等领域。

在激光打印中，半导体激光器可以实现高速、高分辨率的打印，同时也可以实现彩色打印。

在医疗领域，半导体激光器可以用于激光治疗、激光手术等，具有精准、无创、无痛等优点。

在材料加工领域，半导体激光器可以用于切割、焊接、打孔等，具有高效、精准、无污染等优点。

半导体激光器是一种重要的光源，被广泛应用于光通信、激光打印、
医疗、材料加工等领域。

随着科技的不断发展，半导体激光器的性能和应用也将不断提升和拓展。

半导体激光器的波长调谐和波长稳定技术

的波段范围ｌ，＾倒如ＩｌｉｉＩ】附近，ｊｉ至咖（ｍｉｉ势必造成每个波长的间距变窄，相对密度提高，即大太提高使通讯容。密集波分复用技术在现代高速与大容通讯传输系统县有重要意义。为了使通讯的光波长统一，
国际 ¨１组织１１￣¨ 『［ｌｒ１ｌ１ｔ１ＩｌｌｔＩ１ｌ￣ｅ『ｌｌ … 『ｌ１１＂ｃ『【ｌ１［Ｌｌ将通讯的波长规范在１２五…ｆ罕姗ｌＩ间，波ｌｌ之Ｈ
片则两光束将产生干涉，ｆ实际光路中，ＢＦ以布氏角放置两个表面就能起到偏振器的作用）。由透过ＢＦ时的位相延迟条件，即可解出置入烈折射滤光片ＢＦ后谐振腔的共振波长为：
的波长调谐＿疗法一致。几种比较典型的腔色散波长调谐方法有：
基垒项口：困豪高技术ｈＪ主题中ｆ（｛ｌ生导体泵浦赦光器的稳定研究Ｉ，）ｌｔｓｉ收祷日期：２１１（１｛（，修改日期２０（ｎ１Ｈ０１１ｆ７
调谐和波长稳定的机理。
２半导体激光器的波长凋谐
２１腔内色散调谐【腔内色散调谐是采用在激光腔内插入色散元件将不同波长的光在空间分离，：设法使所需频率的光在腔内形成振荡，其他谴长的光束圆不能反馈而被抑制掉，从而实现半导体激光器的波长调谐，这与传统激光器
巨大市场的课题。
影响半导悼激光器发射波长的因素很多，如腔长、温度、隙、增益载流于浓度、能折射率等半导体激光器的波长调谐就是通过特殊的结构来改变上述因素中的一种或几种，从而改变半导体激光器的发射波长。半导体激光器的波长稳定可以通过控制工作温度和注入电流的稳定性来实现一定程腰的稳定，但要获得更高的稳定度，则要在此基础上进一步采用ｌ）Ｊ的锁定稳频技术Ｉ奉立从光通讯的要求出发，给出了半导体激光器的波长调谐和波长稳定技术的几种与案，分析了其波长：

采用萨尼亚克环的外腔半导体激光器无调制稳频技术

用偏振分束器（ＰＢＳ）作为萨尼亚克环的输入及输出端，并利用１／４波片在环内沿相反方向传播的偏振方向互相垂直的两柬光之间引入＂ｒｒ／２的相位差（ △ ６），萨尼亚克环的输出光经过起偏器可以分解得到由Ｒｂ的饱和吸收峰引起的色散相移，通过这种方法可以得到适合稳频的误差信号。相比现有的利
关键词：激光稳频；外腔半导体激光器；原子分子物理学；萨尼亚克环
中图分类号：ＴＮ２４８．４文献标志码：Ａ文章编号：１００７ — ２２７６（２０１３）０４ — ０８８５ — ０５
魏芳，孙延光，陈迪俊，方祖捷，蔡海文，瞿荣辉（中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海２０１８００）
摘要：提出了一种基于相位差偏置萨尼亚克环的新型外腔半导体激光（ＥＣＤＬ）无调制稳频方法，采
ｉｎｓｔｅａｄｏｆｔｈｅｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒ，ａｎｄａｑｕａｒｔｅｒｗａｖｅｐｌａｔｅｔｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅａｂｉａｓｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆ＂ｔｒ／２ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｕｎｔｅｒｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｐｕｍｐａｎｄｐｒｏｂｅｂｅａｍｓｗｉｔｈｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ．ＡｐｏｌａｒｉｚｅｒｉｓｉｎｓｅｒｔｅｄａｆｔｅｒｈｅｔｏｕｔｐｕｔｏｆｔｈｅＳａｇｎａｃｌｏｏｐ，ＳＯｈａｔｔｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｉｎｄｕｃｅｄｂｙＲｂｒｅｓｏｎｎｃａｅｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｂｙｔｈｉｓｍｅｈｏｔｄ，ａｎｅｒｒｏｒｓｉｇｎａｌｗｉｔｈｌｒｇａｅｒａｍｐｌｉｔｕｄｅｃａｎｂｅａｃｑｕ￣ｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｎａｉｄｅａｌｅｒｒｏｒｓｉｇｎａｌｔｏｓｔａｂｉｌｉｚｅｈｅｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｈｅｔｌａｓｅｒ．Ｃｏｍｐｒｅａｄｗｉｔｈｈｅｔｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｏｓｅ

激光器的稳频ppt课件

4.2.2 稳频方法概述
被动式稳频: 利用热膨胀系数低的材料制作谐振腔的间隔器；或用膨胀系数为负值的材料和膨胀系数为正值的材料按一定长度配合，以便热膨胀互相抵消，实现稳频。这种办法一般用于工程上稳频精度要求不高的情况。
主动式稳频：把单频激光器的频率与某个稳定的参考频率相比较，当振荡频率偏离参考频率时，鉴别器就产生一个正比于偏离量的误差信号。 ➢ 把激光器中原子跃迁的中心频率做为参考频率，把激光频率锁定到跃迁的中心频率上，如兰姆凹陷法、塞曼效应法。 ➢ 把振荡频率锁定在外界的参考频率上，例如用分子或原子的吸收线作为参考频率，是目前水平最高的一种稳频方法。选取的吸收物质的吸收频率必须与激光频率相重合。如饱和吸收法。
L
温度变化：一般选用热膨胀系数小的材料做为谐振腔
机械振动：采取减震措施
折射率变化的影响
内腔激光器: 温度T、气压P、湿度h的变化很小，可以忽略
外腔和半外腔激光器: 腔的一部分处于大气之中，温度T、
气压P、湿度h的变化较放电管内显著。应尽量减小暴露于
大气的部分，同时还要屏蔽通风以减小T 、 P、 h的脉动
4.2.4 饱和吸收法稳频
饱和吸收法稳频的示意装置如图4-12所示。
图4-12 饱和吸收法稳频的装置示意图
图4-13 吸收介质的吸收曲线
吸收管内充特定的气体，此气体在激光谐振频率处应有一个强吸收线。
与激光输出功率曲线的兰姆凹陷相似，在吸收介质的吸收曲线上也有一
个吸收凹陷，如图4-13所示。（原因：在中心频率处只有沿激光管轴方
二、氖的不同同位素的原子谱线中心有一定频差。充普通氖气(包含Ne20及Ne22 两种同位素)的氦氖激光器兰姆凹陷曲线不对称且不够尖锐，输出频率就不能准确地调到凹陷的中心频率。因此，稳频激光器都是采用单一氖的同位素来制造的，且对同位素的纯度有较高要求。