激光二极管的特性
激光二极管的特性
激光二极管的特性1、伏安特性半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。
反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。
但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。
2、P—I特性激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I 曲线。
注入电流小于阈值电流I th时，激光器的输出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输出功率随注入电流的增加而缓慢增加。
注入电流大于Ith时，输出功率P随注入电流的增加而急剧增加，这时P—I曲线基本上是线性的。
当I再增大时，P—I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。
判断阈值电流的方法：在P—I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。
3、光谱特性激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。
腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。
如果W和H足够小，将只有单横模TEM00存在。
多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。
单纵模激光器只有一个峰值。
工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。
折射率导引LD，在泵浦电流较小、输出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。
而增益导引LD，即使在高电流工作下仍为多模。
折射率导引激光器光谱随光功率的变化发射光谱随注入电流而变化。
I<It 发荧光，谱线很宽；I>It 发射激光，光谱突然变窄。
因此，从激光二极管发射光谱图上可以确定阈值电流。
当注入电流低于阈值电流时光谱很宽，当注入电流达到阈值电流时，光谱突然变窄，出现明显的峰值，此时的电流就是阈值电流。
I<It 自发辐射 I>It 激光辐射4、温度特性半导体激光器的阈值电流随温度的升高而增加，变化关系可表示为：)/exp()(0T T A T I th 式中0T 是衡量阈值电流th I 对温度变化敏感程度的参数——叫特征温度，取决于器件的材料和结构等因素，0T 值越大，表示th I 对温度变化越不敏感，器件的温度特性越好。
激光二极管的特性
激光二极管的特性激光二极管的特性1、伏安特性半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。
反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。
但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。
2、P―I特性激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I曲线。
注入电流小于阈值电流Ith时，激光器的输出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输出功率随注入电流的增加而缓慢增加。
注入电流大于Ith时，输出功率P随注入电流的增加而急剧增加，这时P―I曲线基本上是线性的。
当I再增大时，P―I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。
判断阈值电流的方法：在P―I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。
3、光谱特性激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。
腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。
如果W和H足够小，将只有单横模TEM00存在。
多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。
单纵模激光器只有一个峰值。
工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。
折射率导引LD，在泵浦电流较小、输出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。
而增益导引LD，即使在高电流工作下仍为多模。
折射率导引激光器光谱随光功率的变化发射光谱随注入电流而变化。
IIt 发射激光，光谱突然变窄。
因此，从激光二极管发射光谱图上可以确定阈值电流。
当注入电流低于阈值电流时光谱很宽，当注入电流达到阈值电流时，光谱突然变窄，出现明显的峰值，此时的电流就是阈值电流。
IIt 激光辐射4、温度特性半导体激光器的阈值电流随温度的升高而增加，变化关系可表示为：T/T0) Ith(T)?Aexp(式中T0是衡量阈值电流Ith对温度变化敏感程度的参数――叫特征温度，取决于器件的材料和结构等因素，T0值越大，表示Ith对温度变化越不敏感，器件的温度特性越好。
LD简介
三、半导体激光二极管的原理
由于电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的光子 通过半导体时，一旦经过已发射的电子—空穴对附近，就能激励二者复合，产生新 光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。如果注 入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源 层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复 反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益 大于吸收损耗时，就可从PN结发出具有良好谱线的相干光——激光，这就是激光二 极管的简单原理。 半导体激光二极管是通过PN结电注入泵浦的方式实现受激发射的半导体器件。 它具有半导体器件的特点：体积小、结构简单、效率高、能直接调制，但输出功率、 单色性和方向性不如其他激光器。通过PN结电注入泵浦的方式实现受激发射的半导 体器件。它具有半导体器件的特点：体积小、结构简单、效率高、能直接调制，但 输出功率、单色性和方向性不如其他激光器。 在PN结上施加正向偏臵，则有电流流过PN结，即电子由N区注入到P区，而空 穴由P区注入到N区。提高偏臵电压，电流增大到某一定值时，就会使有源区材料的 导带中能级上电子占有的几率大于价带中相对应能级上电子占有的几率，从而发生 粒子数分布反转，能为受激发射提供增益。当增益等于或大于半导体材料本身的吸 收损耗和端面漏出损耗时，就能获得受激发射
激光二极管原理
激光二极管原理一、激光二极管的基本结构激光二极管是一种半导体器件，其基本结构由n型和p型半导体材料组成。
在p型半导体区域内掺杂了少量的杂质，形成p-n结。
当外加电压时，电子从n型区向p型区移动，与空穴复合产生光子，即激光。
二、激光二极管的工作原理当外加电压大于二极管的开启电压时，电流开始流动。
在p-n结中有大量载流子（电子和空穴），它们在外加电场作用下向相反方向运动。
当它们相遇时发生复合，能量以光子形式释放出来。
这些光子被反射回到p-n结中，并刺激更多的载流子复合并释放出更多的光子，形成一个正反馈的过程，最终产生强烈而稳定的激光束。
三、激光二极管的特点1. 小型化：激光二极管可以制造得非常小巧，并且可以集成到微芯片中。
2. 高效率：激光二极管具有高能量转换效率，能够将电能转换为光能的效率达到40%以上。
3. 长寿命：激光二极管的寿命非常长，可以达到几万小时以上。
4. 低成本：激光二极管生产过程简单，成本相对较低。
四、激光二极管的应用1. 光电通信：激光二极管广泛应用于光纤通信中，可以实现高速、远距离传输。
2. 制造业：激光二极管可以用于切割、焊接和打标等制造业领域。
3. 医疗设备：激光二极管可以用于医疗设备中，如眼科手术、皮肤美容等。
4. 军事领域：激光二极管可以用于制造军事装备，如导弹制导系统等。
五、激光二极管的发展趋势1. 提高功率密度：提高功率密度是未来激光二极管技术发展的主要方向之一。
通过提高功率密度，可以实现更高的切割速度和更深的焊接深度。
2. 提高可靠性：提高可靠性是激光二极管技术发展的另一个重要方向。
通过改进制造工艺和材料选择，可以提高激光二极管的寿命和稳定性。
3. 提高波长范围：目前激光二极管的波长范围主要集中在800nm至1000nm之间。
未来的发展趋势是扩大波长范围，以满足更多应用需求。
4. 提高集成度：随着微电子技术的不断发展，未来激光二极管将更加小型化和集成化，可以实现更广泛的应用。
单模激光二极管
单模激光二极管一、概述单模激光二极管（Single Mode Laser Diode，SMLD）是一种高性能的半导体激光器。
它具有窄谱线、小发散角度、高功率和长寿命等优点，被广泛应用于光通信、医疗设备、工业加工等领域。
二、结构单模激光二极管的结构主要由两部分组成：P型半导体和N型半导体。
在P型半导体和N型半导体的交界处形成了PN结，当电流通过PN结时，会发生电子与空穴的复合放出能量，从而产生光子。
同时，在PN结两侧分别引入反射镜，形成谐振腔，使得发射出的光子得到增强。
三、特点1. 窄谱线：单模激光二极管只会在一个特定频率范围内产生激射，并且其频率范围非常窄。
这意味着它可以提供非常精确的频率输出，并且不会受到其他频率干扰。
2. 小发散角度：由于单模激光二极管只能在一个特定频率范围内产生激射，因此它的发散角度非常小。
这使得它可以提供非常精确的光束，适用于需要高精度的应用场景。
3. 高功率：单模激光二极管具有较高的功率输出，可以满足一些需要高功率输出的应用需求。
4. 长寿命：单模激光二极管采用半导体材料制造，具有较长的使用寿命。
同时，由于其结构简单、易于制造和维护，因此更容易实现长期稳定性。
四、应用1. 光通信：单模激光二极管被广泛应用于光通信领域。
其窄谱线和小发散角度使得它能够提供高精度、高速度和稳定性强的数据传输服务。
2. 医疗设备：单模激光二极管在医疗设备中也有广泛应用。
例如，在眼科手术中使用单模激光二极管作为切割工具，可以实现更加精确和安全的手术操作。
3. 工业加工：单模激光二极管在工业加工领域也有广泛应用。
例如，在半导体制造过程中，使用单模激光二极管进行精确的刻蚀和蚀刻操作，可以提高生产效率和产品质量。
五、发展趋势随着科技的不断进步，单模激光二极管的性能和应用场景也在不断拓展。
未来，单模激光二极管将更加广泛地应用于人工智能、3D打印、无人驾驶等领域。
同时，随着新材料、新工艺的不断涌现，单模激光二极管也将不断升级和优化，以满足更加复杂和高要求的应用需求。
650nm波长的激光二极管
650nm波长的激光二极管一、激光二极管简介激光二极管（Laser Diode）是一种将电能转化为光能的电子元件。
它是一种半导体器件，能够产生高度聚焦的、单色且相干的激光光束。
650nm波长的激光二极管是一种常见的激光二极管，它的工作波长为650纳米（nm），属于可见光范围内的红光。
二、激光二极管的原理激光二极管的工作原理基于半导体材料的特性，主要包括PN结、注入电流和光放大三个关键要素。
1. PN结激光二极管是由两种半导体材料（P型和N型）组成的PN结构。
P型材料富含空穴（正电荷），N型材料富含自由电子（负电荷）。
当P型和N型材料接触时，形成一个电子空穴结，即PN结。
2. 注入电流当外加电源的正极连接到P型材料，负极连接到N型材料时，形成正向偏置。
此时，电子从N区域流向P区域，空穴从P区域流向N区域，通过PN结的电流被称为注入电流。
3. 光放大当注入电流通过PN结时，电子和空穴会在结内复合。
这种复合过程会释放出能量，产生光子。
在PN结的两端加上反射镜，形成光学腔，使光子在腔内来回反射，产生光的放大效应。
最终，一束聚焦的、单色的激光光束从激光二极管中发射出来。
三、650nm波长的应用领域650nm波长的激光二极管具有多种应用领域，主要包括以下几个方面：1. 光通信650nm波长的激光二极管可以用于光通信领域。
由于其波长属于可见光范围内的红光，可以通过光纤进行传输，并且具有较好的抗干扰性和高速传输能力。
因此，它被广泛应用于光纤通信、光纤传感等领域。
2. 激光打印激光打印技术是一种高速、高精度的打印技术，广泛应用于办公、出版、制图等领域。
650nm波长的激光二极管可以作为激光打印机中的光源，通过调整激光的强度和位置，实现文字、图像的高质量打印。
3. 激光测距650nm波长的激光二极管可以应用于激光测距仪。
激光测距仪利用激光的时间飞行原理，通过发射激光脉冲并测量其返回时间，计算出目标物体的距离。
650nm波长的激光二极管可以提供足够的激光功率和较高的测量精度，适用于室内和室外的测距应用。
激光二极管用途
激光二极管的用途引言激光二极管是一种电子器件，可以将电能转换为激光能量。
它具有小尺寸、低功耗和易于驱动等特点，因此在众多领域都有着广泛的应用。
本文将介绍激光二极管的基本原理和常见的应用领域，以便更好地理解激光二极管的用途。
激光二极管的工作原理激光二极管是基于半导体材料制造的，通常使用的材料有氮化镓、磷化铟镓等。
它的结构类似于常见的二极管，由P型半导体和N型半导体组成。
当有电流通过激光二极管时，电子被注入到N型半导体，而空穴则被注入到P型半导体。
这样，在P-N结附近形成了电子和空穴的复合区域，从而产生光子的发射和吸收现象。
在激光二极管中，当电子和空穴在被注入的半导体材料中复合时，产生的能量会激发材料中的原子。
这些激发的原子会释放出激光光子，形成一束具有特定波长和相干性的激光光束。
由于光束经过高反射率的内置反射镜的反射，光线在激光二极管内反复传播，从而增强激光器的输出功率。
激光二极管的应用领域1. 光通信激光二极管在光通信领域起着至关重要的作用。
它能将电信号转换为光信号，并以激光束的形式进行传输。
由于激光二极管具有小尺寸和低功耗的特点，因此成为了光通信系统中的主要光源之一。
激光二极管的高速调制性能还使其成为光通信中的关键元件，用于实现高速的光信号调制和解调。
2. 激光打印激光二极管被广泛应用于激光打印领域。
激光打印机利用激光二极管发射出的激光束在感光鼓上进行扫描，通过控制激光束的开关来控制感光鼓上的电荷分布，从而实现文字、图像的打印。
激光打印技术具有高速、高分辨率和耗材更换频率低的优点，因此在办公室、图书馆等场所得到了广泛应用。
3. 激光测距激光二极管在激光测距领域也有重要的作用。
激光测距仪利用激光二极管发射出的激光束，通过测量激光束从发射到接收的时间差，计算出目标物体的距离。
激光测距技术具有测量精度高、反应速度快的特点，广泛用于建筑工程、地理测量、环境监测等领域。
4. 医学美容激光二极管在医学美容领域也有着广泛的应用。
激光二极管的主要参数与特点
激光二极管的主要参数与特点激光二极管是一种特殊的半导体激光器，其主要参数和特点决定了它在许多领域的广泛应用。
本文将从以下几个方面介绍激光二极管的主要参数和特点。
一、激光二极管的主要参数1. 波长（Wavelength）：激光二极管所发射的光的波长是其最基本的特性之一，常见的波长范围包括红光（630 nm - 680 nm）、绿光（520 nm - 530 nm）和蓝光（445 nm - 465 nm）。
不同波长的激光二极管在不同应用场景具有不同的优势。
2. 输出功率（Output Power）：激光二极管的输出功率是指其每秒钟发出的激光光束的总能量，通常以毫瓦（mW）为单位。
输出功率决定了激光二极管在不同应用中的使用范围和功效。
3. 效率（Efficiency）：激光二极管的效率表示其将电能转化为光能的能力。
它通常以百分比形式表示，是定义为输出光功率与输入电功率之比。
高效率的激光二极管可以减少能源消耗，并延长其使用寿命。
4. 波束质量（Beam Quality）：波束质量是指激光二极管输出的激光光束的空间特性，包括光束直径、散斑尺寸和模式。
波束质量的好坏影响激光光束的聚焦能力和传输质量，对于特定应用场合的要求各不相同。
二、激光二极管的特点1. 小巧便携：相比传统的气体激光器或固态激光器，激光二极管的尺寸较小，重量较轻，易于携带和安装。
这使得激光二极管在便携式设备和远程控制系统中得到广泛应用。
2. 高效能低能耗：激光二极管的效率较高，能够将电能转化为光能的比例较高，从而减少能源的消耗。
与传统激光器相比，激光二极管的能源利用率更高。
3. 快速启动和关断时间：激光二极管的启动时间较短，通常为数微秒到数毫秒，而关断时间也较快。
这使得激光二极管可用于需要快速响应的应用，如通信、医疗和测量。
4. 长寿命和稳定性：激光二极管的使用寿命通常可以达到几千到几万小时，且不需要常规的维护。
激光二极管具有较好的温度稳定性和抗振动能力，适用于各种复杂环境下的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激光二极管的特性
激光二极管的特性
1、伏安特性
半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。
反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。
但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。
2、P—I特性
激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I曲线。
注入电流小于阈值电流Ith时，激光器的输出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输出功率随注入电流的增加而缓慢增加。
注入电流大于Ith时，输出功率P随注入电流的增加而急剧增加，这时P—I曲线基本上
是线性的。
当I再增大时，P—I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。
判断阈值电流的方法：在P—I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。
3、光谱特性
激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。
腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。
如果W和H
足够小，将只有单横模TEM00存在。
多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。
单纵模激光器只有一个峰值。
工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱
激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。
折射率导引LD，在泵浦电流较小、输
出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。
而增益导引LD，即使在高电流工作
下仍为多模。
折射率导引激光器光谱随光功率的变化
发射光谱随注入电流而变化。
IIt 发射激光，光谱突然变窄。
因此，从激光二极管发射光谱图上可以确定阈值电流。
当注入电流低于阈值电流时光谱很宽，当注入电流达到阈值电流时，光谱突然变窄，出现明显的峰值，此时的电流就是阈值电流。
IIt 激光辐射
4、温度特性
半导体激光器的阈值电流随温度的升高而增加，变化关系可表示为：
T/T0) Ith(T)?Aexp(式中T0是衡量阈值电流Ith对温度变化敏感程度的参数——叫特征温度，取决于器件的材料和结构等因素，T0值越大，表示Ith对温度变化越不敏感，器件的温度特性越好。
A是常数。
因Ith随温度升高而增大，因此P—I特性曲线也随温度变化。
随着温度升高，在注入电流不变的情况下，输出光功率会变小。
这就是为什么LD工作一段时间后输出功率会下降。
阈值—温度特性与其结构有关，一般说，异质结构比同质结的温度特性好。
温度变化还将引起激光器输出光谱的改变，出现跳模（mode hop）现象。
原因：温度改变，使腔的参数（折射率，
腔长）发生较大变化，引起激发模式发生变化。
在模式跳跃之前，因折射率和腔长随温度升高而有少量增加，致使波长随温度升高而缓慢增大（下图a）。
如要避免跳模，必须增大模式间隔（下图b）。
对于多模增益导引半导体激光器，波长随温度的变化是由于带隙随温度变化而产生的，温度变化主要影响光增益曲线而不是腔的参数，因此变化曲线是连续的(下图c)。
半导体激光器必须加制冷器，进行温度控制。
5、方向特性
半导体激光器在系统中使用时要与光纤耦合，因为光纤的芯径很小（微米级），为了能有较多的光能量耦合进光纤，希望输出的激光发散角很小，最好是正入射进光纤。
发散角越小，表明激光的方向性越好，能量越集中。
半导体激光器的有源区是一个矩形谐振腔，其体积很小。
w, d是与激光波长同数量级的，因此光出射面对光的作用相当于一个狭缝，对光有衍射作用。
光的辐射图样就是狭缝的衍射图形。
光束的发散角取决于衍射角，与端面的尺寸有关，发散角两个方向不同。
下图是在正向方向LD的辐射束与平行和垂直于芯片表面的光功率强度分布图，该图亦称远场图案。
光束在与p-n结垂直方向的半功率点的张角叫做垂直发散角??；光束在平行于p-n结方向的半功率点的张角叫水平发散角?//。
一般半导体激光器的??在20°～30°范围；?//在几度～十几度。
半导体激光器的发散角相对于其他种类的激光器要大，因此其方向性。