半导体激光器的原理
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。
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。
半导体激光工作原理
半导体激光工作原理
半导体激光器是利用电子从低能级跃迁到高能级时所产生的光，由于高能级的电子数比低能级的多得多，因此光在自由电子激光中辐射的能量是很大的。
半导体激光器主要由激光器、增益介质和泵浦光源组成。
半导体激光器的增益介质主要有三种：有源区、波导、吸收腔。
其中以有源区为主要部分，其形状和材料各不相同。
激光器有源区是由金属原子构成的半导体，它是激光系统中唯一能把光能转变成机械能和化学能的部分，也是影响激光特性的重要因素之一。
有源区还起着将泵浦光源发射出来的光（指激光器内部发射出来的光）与增益介质中传输过来的光（指增益介质发射出来的光）相互耦合、吸收和转换，再由有源区发射出来的光辐射出激光器内部。
由于有源区在整个半导体激光器中起着非常重要作用，因此在选择激光器有源区时必须考虑有源区和有源区内材料的成分、尺寸和形状，使它们相互匹配，这样才能达到最佳性能。
增益介质又叫受激辐射层或吸收层。
—— 1 —1 —。
半导体激光器发光原理及工作原理
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、高强度、单色、相干性极高的光束的装置。
半导体激光器是一种基于半导体材料制造的激光器，其发光原理和工作原理是通过激发半导体材料中的电子来产生激光。
1. 发光原理：半导体激光器的发光原理基于半导体材料的能带结构。
半导体材料由导带和价带组成，两者之间存在能隙。
在材料中存在自由电子和空穴，当外加电压通过半导体材料时，电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
这些电子空穴对会在半导体材料中扩散，并且在电子和空穴重新结合时释放出能量。
2. 工作原理：半导体激光器的工作原理主要包括注入、增益和反射三个过程。
注入：在半导体激光器中，通过外部电源向半导体材料注入电流。
这个电流会导致半导体材料中的电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
这个过程称为载流子注入。
增益：注入电流产生的电子空穴对会在半导体材料中扩散并发生重新结合。
在这个过程中，电子和空穴释放出能量，产生光子。
这些光子会在半导体材料中来回反射，与其他电子和空穴发生相互作用。
当光子与电子或空穴相互作用时，光子会被吸收，而电子和空穴则会重新激发，继续释放光子。
这个过程称为激光增益。
反射：在半导体激光器中，两个端面被制作成反射镜。
当光子在半导体材料中来回反射时，一部分光子会被反射镜反射回半导体材料中，而另一部分光子则会透过一个反射镜离开激光器。
这个过程称为光子的反射。
通过不断的注入、增益和反射过程，半导体激光器可以产生高度聚焦、高强度、单色、相干性极高的激光束。
这种激光束在许多领域有广泛的应用，包括通信、医疗、材料加工等。
需要注意的是，半导体激光器的工作原理还涉及到其他因素，如泵浦源、谐振腔等。
泵浦源提供注入电流，谐振腔用于增强激光的相干性和聚焦性。
这些因素的设计和优化对于半导体激光器的性能至关重要。
总结：半导体激光器的发光原理是通过激发半导体材料中的电子来产生激光。
工作原理包括注入、增益和反射三个过程。
注入电流导致电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对；增益过程中，电子和空穴的重新结合释放出能量，产生光子；反射过程中，光子在半导体材料中反射，部分光子被反射镜反射回半导体材料中，形成激光束。
半导体激光器的工作原理
半导体激光器的工作原理激光技术在现代科学和工业中起着至关重要的作用，而半导体激光器是其中一种常用的激光器类型。
它通过半导体材料的特殊性质来产生激光光束。
本文将详细介绍半导体激光器的工作原理。
一、激光的基本原理要了解半导体激光器的工作原理，首先需要了解激光的基本原理。
激光是一种特殊的光，与普通的自然光有很大区别。
激光光束具有相干性、单色性和聚焦性等特点，这些特征使得激光在各个领域有广泛的应用。
激光的产生是通过光子的受激辐射过程实现的。
在光学腔中，光子通过与激发状态的原子或分子发生相互作用，被吸收并获得能量。
然后，这些激发的原子或分子会受到外界刺激，由高能级跃迁到低能级，释放出原子或分子的“多余”能量。
这些能量会以光子的形式，经过光放大器的反射和反射，最后通过激光器的输出窗口发出。
这样就形成了一束特殊的激光光束。
二、半导体激光器的结构半导体激光器是利用半导体材料的特性来产生激光的器件。
它的主要结构由正、负型半导体材料组成，通常是p型和n型半导体，中间夹层为n型材料。
具体来说，半导体激光器一般由以下几个关键部分构成：1. 激活层（active layer）：激活层是半导体激光器的核心部分，也是激光的产生和放大的地方。
它由两种半导体材料之间的异质结构构成，通常是由n型和p型材料组成。
当外加电流通过激活层时，会在激活层中产生载流子（电子和空穴）。
2. 波导层（waveguide layer）：波导层是指导激光光束传播的部分，其材料的折射率通常比周围材料低。
通过选择合适的波导层结构，可以实现激光束的单模（TEM00）输出。
3. 管腔（cavity）：管腔是激光器中的一个重要元件，它由两个高反射率镜片构成，将光线限制在波导层中，形成光学腔。
其中一个是部分透射的输出镜，另一个是全反射的输出镜。
管腔的长度决定了激光的波长。
4. 电极（electrodes）：电极主要用于施加电场，控制激光器的开启和关闭。
它们通常位于激光器的两端，通过外接电源提供正向或反向偏置电压。
半导体激光器的原理及应用
半导体激光器的原理及应用半导体激光器是一种能够将电能转化为光能的半导体器件，是现代通信、医疗、工业等领域不可或缺的重要技术之一。
本文将从基础的物理原理出发，介绍半导体激光器的工作原理和应用。
一、半导体材料简介半导体材料是介于导体和绝缘体之间的材料，其原子构型中有少量杂质原子。
半导体材料的特殊之处在于，其导电性质可以通过外加电场、光照等方式来调制。
常见的半导体材料有硅、锗、镓砷化物等。
二、激光原理激光的产生是基于受激辐射现象。
当光子与原子碰撞时，如果能量正好等于原子内部的能级差，那么这个光子就可被原子吸收，能量转移给原子，使原子的电子从低能级跃迁到高能级。
当这个原子内部的电子因外界干扰或碰撞等因素又回到低能级时，它所携带的能量就会被释放出来，以光子的形式向外辐射。
这种辐射同样有可能再次被某个具有相同能级差的原子吸收，并且继续沿着同一方向辐射，这个过程就是受激辐射。
由于这种激光产生的相干性好，可得到非常细致、强度均一的光束，应用十分广泛。
半导体激光器就利用了这一受激辐射的原理。
三、半导体激光器原理半导体激光器的基本结构是一个具有能带gap的半导体PN结，同时植入其内部的杂质原子能够形成PN结中的空穴和电子。
当在PN结中加加适当的电子能使电子从N区向P区运动，空穴则相反，从P区向N区运动。
而正是在PN结中的能带gap出现(即禁带)，使得被注入的电子和空穴得以快速复合，从而释放出光子。
可以总结，半导体激光器的工作原理是：激光波长区间内半导体PN结处的电注入使其电子与空穴再组合，释放出一个带有相同相位的相干光束，一旦满足了Revaturer P-N结区的泵浦电压，则可以激发形成稳定的激光器。
四、半导体激光器应用半导体激光器在通信领域得到了广泛的应用，在光纤通信和无线通信领域，它的高速、高效、低功耗等特点被广泛应用。
此外，半导体激光器也可以在医疗方面使用，如眼科、牙科、皮肤科等领域，其精细度高、作用深度均匀等特点让医生在手术中得到了极大的帮助。
半导体激光器 原理
半导体激光器原理
半导体激光器是一种基于半导体材料的激光发射装置。
它通过电流注入半导体材料中的活性层，使其产生载流子（电子和空穴）重组的过程中释放出光子。
以下是半导体激光器的基本原理：
1. P-N结构：半导体激光器通常采用P-N结构，其中P区域富含正电荷，N区域富含负电荷。
2. 电流注入：当电流从P区域注入到N区域时，电子和空穴
会在活性层中重组，形成激子（激发态）。
3. 激子衰减：激子会因为与晶格的相互作用而损失能量，进而衰减为基态激子。
4. 辐射复合：基态激子最终与活性层中的空穴重新结合，释放出光子。
这个过程称为辐射复合。
5. 光放大：光子通过多次反射在激光腔中来回传播，与活性层中的激子相互作用，不断放大。
6. 反射镜：激光腔两端分别放置高反射镜和透明窗口，高反射镜可以增加内部光子的反射使其在腔内传播，透明窗口允许激光通过。
7. 激光输出：当达到一定放大程度时，激光在透明窗口处逃逸，形成激光输出。
通过控制电流注入和激光腔的结构设计，可以调节半导体激光器的发射波长、功率等参数，以满足不同应用领域的要求。
半导体激光器发光原理及工作原理
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、单色、相干光束的装置，广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
其中，半导体激光器是一种基于半导体材料的激光器，具有体积小、功耗低、效率高等优势，被广泛应用于光通信、激光打印、激光雷达等领域。
1. 发光原理：半导体激光器的发光原理基于半导体材料的特性。
半导体材料是一种电子能带结构特殊的材料，其中包含导带和价带。
在正常情况下，导带中的电子处于能量较高的状态，而价带中的空穴处于能量较低的状态。
当半导体材料受到外界激发时，例如通过电流注入或光照射，导带中的电子会跃迁到价带中的空穴位置，形成电子空穴对。
在半导体材料的PN结构中，由于PN结的势垒，电子空穴对会在PN结区域中重新组合，释放出能量。
这个能量释放的过程就是半导体激光器发光的原理。
2. 工作原理：半导体激光器的工作原理主要包括激活、注入和放大三个阶段。
（1）激活阶段：在激活阶段，需要通过外界电流或光照射来激活半导体材料。
当外界电流通过半导体材料时，会在PN结区域产生电子空穴对。
这些电子空穴对会在PN结区域中重新组合，释放出能量，形成光子。
光子在半导体材料中来回反射，逐渐增强光的强度，形成光放大。
（2）注入阶段：在注入阶段，通过控制电流的大小和方向，将电子和空穴注入到半导体材料中。
通过向PN结区域施加正向电流，电子会从N区域注入到P区域，而空穴会从P区域注入到N区域。
这样，PN结区域中的电子和空穴浓度会增加，增强了发光效果。
（3）放大阶段：在放大阶段，通过不断注入电子和空穴，使得半导体材料中的光子逐渐增加，形成光放大。
放大的过程通过反射镜和半导体材料的结构来实现。
半导体材料的两端分别镀有反射镜，形成一个光学腔。
当光子在半导体材料中来回反射时，会与其他光子相互作用，逐渐增强光的强度。
其中，一端的反射镜是部分透射的，允许一部分光子透过，形成激光输出。
总结：半导体激光器的发光原理基于半导体材料的特性，通过电子和空穴的复合释放能量，产生光子。
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半导体激光器实际运用
，半导体激光器由于
体积小、重量轻、运 转可靠、耗电少、效 率高等优点广泛使用 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），军事领 域,如激光制导跟踪、 激光雷达、激光引信、 光测距、激光通信电 源、激光模拟武器等。
半导体激光器
S120600661 任跃功
主要内容
第一章 半导体的基础知识 第二章 半导体激光器的原理 第三章 半导体激光器的发展、运用
第一章 半导体的基础知识
定义：在绝对零度时无任何导电能力，但其导
电性随温度升高呈现总体上升趋势，且对光照 等外部条件和材料的纯度与结构完整性（是否 有缺陷）等内部条件十分敏感的物质。 （1） 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。 （2） 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。 （3）缺陷在半导体中往往会改变晶体的共价 键环境，改变其导电能力
因吸收、散射及反射面透射等损耗，不 过，注入电流则会使有源区内的受激辐 射不断增强，即使之获得增益。而损耗 和增益的消长决定着最终能否有激光的 发射。 我们把增益等于损耗时的注入电流密度 称为阀值电流密度。
综上所述，半导体激光器要能正常工
作必须具备以下3个基本条件： 1、通过高浓度参杂pn结的正向注入 形成载流子分布发转，使受激辐射占 优势 2、具有共振腔，以实现光量子放大 3、正向电流密度达到或者超过阀值， 即增益至少等于损耗
以如图方式组合在一起的时候却不会传导任 何电流。N型硅中的负电子会被吸引到电池的 正极，P型硅中带正电的孔则会被吸引到电池 的负极，不会有任何电流流过结合部，如果 将电池翻转过来，二极管就可以很好地传导 电流了。N型硅中的自由电子受电池负极的排 斥，P型硅中的孔则受正极的排斥。孔和电子 在N型硅和P型硅的结合部相遇，电子会填充 在孔中，这些孔和自由电子便会消失，并且 会有新的孔和新的自由电子出来接替它们的 位置，这就会在结合部形成电流
结型激光器结构示意图
为了能够有效地通过注入式“泵浦”
实现分布反转，其p区和n区都必须 重参杂。然后，通过外加较高的正 向偏置，形成分布反转区，半导体 pn结激光器的分布反转区一般很薄， 厚度只有1微米，却是激光器的核心 部分，称为有缘区
分布反转只是半导体激光器产生受激发射的
必要条件，要能稳定发射激光，还需要满足 其他条件。首先，半导体pn结激光器需要通 过自身的自发辐射产生激励光。在pn结处于 正向偏执状态的初期，其有源区中大量注入 额外载流子开始时完全是自发地复合，引起 自发辐射，发射一定能量的光子，但这些光 子的相位和传播方向各不相同。大部分光子 会穿出有缘区，但也有小部分平行于pn结结 平面方向传播，作为激励光源引起其他电子空穴对复合的受激辐射，产生更多能量、方 向相同的电子，这样的受激辐射随着注入电 流的增大而逐渐发展，形成高强度的光，但 还不是相干光。必须需要共振腔作用
导体中只有自由电子一种载流子，它在
电场作用下产生定向的漂移运动，形成 漂移电流。而半导体中有自由电子和空 穴两种载流子，它们除了在浓度差的作 用下产生定向的扩散运动，形成相应的 扩散电流，还会在电场作用下形成漂移 电流。
PN结处载流子的运动
漂移运动 P型半导体 内电场E N型半导体
－ － － － － －
满带电子不导电理论
导体、半导体、绝缘体能带理论讨论中，认
为只有未被电子填满的能带中的电子才能参 与导电，尽管绝对零度时的半导体和绝缘体 中都存在为数众多的电子，但因其皆处于满 带之中，因此对材料的电导率还没有贡献。 金属良导体在T=oK时，其全部价电子只能填 满能带的下半部，上半部空着，上下之间没 有能量间隙，电子容易跃迁，易导电。而半 导体和绝缘体相似，空带距离能带之间有一 定禁带，需要外界作用才能导电，因此不易 导电。
要在半导体中实现分布反转，必须使其导带 保持高密度的电子，价带保持高密度的空穴， 这种反常分布需要由外界输入能量来维持， 与水泵提升水到平面一样，靠外力将电子不 断激发并维持在高能级上的过程被称为“泵 浦”。半导体激光器一般采用pn结正向注入 的方式“泵浦”电子，因此我们主要讲一下 pn结激光器原理
20世纪70年代末开始，半导体激光器明显向着两
个方向发展，一类是以传递信息为目的的信息型 激光器.另一类是以提高光功率为目的的功率型激 光器.在泵浦固体激光器等应用的推动下，高功率 半导体激光器（连续输出功率在100W 以上，脉 冲输出功率在5W以上，均可称之谓高功率半导体 激光器）在20世纪90年代取得了突破性进展，其 标志是半导体激光器的输出功率显著增加，国外 千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化，国内 样品器件输出已达到600W，红外半导体激光器， 接着是670nm红光半导体激光器大量进入应用， 波长为650nm,635nm的问世，蓝绿光、蓝光半导 体激光器的相继研制成功
法布里-珀罗共振腔
定义：用垂直于结面的两个严格平行的晶体
解离面作为天然反射镜面 当一定频率的受激发射沿平行于结平面的方 向在反射面间来回反射且最终形成两列方向 相反的波叠加时，就会在共振腔形成驻波。 （两个振幅、波长、周期皆相同的正弦波相 向行进干涉而成的合成波）
受激辐射在共振腔内来回反射时，也会
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
空间电荷区
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动 P型半导体 内电场E N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － 扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
自发光辐射和受激光辐射
自发光辐射（1）电子不受任何外界的作用而自发地从高能态E2
向低能态E1跃迁并发射一个能量为（E2-E1）的光子，这些光子 位相和传播方向各不相同。（2）当给器件加正向偏压时，n区 向p区注入电子，p区向n区注入空穴，在结合区电子和空穴自发 地复合形成电子-空穴对，将多余的能量以光子的形式释放出来， 所发射的光子相位和方向各不相同，这种辐射叫做自发辐射。
本征半导体和掺杂半导体
本征半导体：在热力学温度T=0K和没有外界
影响的条件下，半导体的价电子均束缚在共价键中， 不存在自由运动的电子。但当温度升高或受到光线 照射时，某些共价键中的价电子从外界获得足够的 能量，从而挣脱共价键的束缚，离开原子而成为自 由电子，同时，在共价键中留下了相同数量的空位， 这种现象称为本征激发。其中自由电子和空位称为 载流子，半导体是依靠自由电子和空穴两种载流子 导电的物质，把主要依靠本征激发获得载流子的半 导体称为本征半导体。 导带电子和价带空穴相等是本征半导体的主要特点
实际半导体几乎是掺杂半导体，其载流子密度
靠掺杂浓度的精确调控来控制
N型半导体
磷原子
+4
+4
多余电子
+5
+4
P型半导体
空穴
+4
+4
+3
+4
硼原子
半导体n结原理
独处的n型和p型半导体依靠电离杂质和少数载流
子与多数载流子保持电中性，但当这两块半导体 紧密结合成pn结时，二者之间载流子密度的悬殊 差异引起空穴从P区向n区、电子从n区向p区的 扩散。对p区，空穴离开后留下了不可动的带负 电的电离受主，这些电离受主没有正电荷与之保 持电中性，从而在pn结附近的p型侧形成一个负 的空间电荷。同样，电子的扩散在pn结附近的n 型侧形成一个正空间电荷区
在绝对零度时，半导体中的能带以一条特征
能隙分界，其下的能带全部被电子占满，其 上的能带全部空着，这条能隙就是禁带，紧 邻其下的满电子因其中的电子全是价电子， 称为价带，紧邻其上的空带因为在在非零温 度下出现少量与金属中的自由电子相似的、 可参与导电的电子，称为导带。这些电子有 可能全部或者部分产生于价电子的热激发， 但在实际器件的应用中，它们主要来自于外 来杂质
PN结正向偏置
变厚 － + + + +
多子的扩散加强 能够形成较大的
扩散电流
+ P
－ － －
_
N
外电场
内电场
PN结反向偏置 变 薄
－ + + + +
内电场被加强， 多子的扩散受抑 制。少子漂移加 强，但少子数量 有限，只能形成 较小的反向电流
_ P
－ － －
N
+
内电场 外电场
稳压二极管
N型和P型硅本身就是一种导体，但是当它们
受激光辐射（半导体激光器）电子在光辐射的激励下从激发态向
基态跃迁的辐射过程。发射光子的频率、位相、方向等全部特性 与入射光子完全相同。如果激励光子原本就是由能级E2到E1的电 子跃迁过程产生的，则一个受激辐射过程同时发射两个同频率、 同位相、同方向的电子
分布反转 在热平衡下，低能级E1上的电子密度远高于高能 级E2上的电子密度，因而频率为V12的光子通常 在能级E1和E2之间引起光的吸收，然后，被激发 到E2的电子又自发跃迁回E1，发射出最多不超过 入射光子数的频率为V12的光子。但若E2上的电 子密度大于E1的电子密度，则受激辐射光子数就 会超过被吸收的光子数，这些光子数特性一样， 因此对光子数具有放大作用。通常把高能级比低 能级电子密度高的反常情况称为分布反转。分布 反转是产生激光的必要条件。为了让半导体发射 激光，必须在半导体中形成导带底比价带顶电子 密度高的分布反转状态。