光栅反馈激光器频率特性分析

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1、光栅反馈半导体激光器的频率调谐特性半导体激光器的基本特性光栅反馈半导体激光器的频率调谐特性背景介绍主要内容背景介绍一、激光的发展简史1916年，爱因斯坦提出了“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。这两次发明开创了传统的固体激器和气体激光器的时代，自此，激光走上了高速发展的道路。此后，半导体激光器、染料激光器、自由电子激光器都在相应学科的支持下出现。特别是八十年代，随着光电子学和半导体技术的发展，光纤激光器和孤子激光器相继出现，将激光引入以光电子和微电子为主的信息时代。1962年，He－Ne气体激光

2、器在美国贝尔实验室研制成功。1960年，美国人梅曼(T.H.Maiman)发明了世界上第一台红宝石激光器。MaimanLightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation表示“受激辐射的光放大”二、激光器的三要素Laser1964年10月，物理学家钱学森建议称之为-----激光工作物质：实现粒子数反转激励源：使原子被激发谐振腔：光放大作用三、激光的特性方向性好：激光器发出的激光发射角很小，接近于一毫弧度，只有一般探照灯发射角的一百万分之一。即使将其发射到几千米以外，光束的直径也不过增加几厘米。因此输出的能量集中在很小的范围里。单色性好：激

3、光具有很好的单色性，是普通光源完全达不到的。在激光出现之前，以同位素86Kr灯的单色性最好，谱线宽度为10-4nm的量级，而最普通的氦氖激光器所输出的红色激光(632.8纳米)的谱线宽度达到10-8nm的数量级。现代技术的应用可以使谱线宽度缩到更小的范围。相干性好：就氦氖激光而言，其相干长度可达400km。能量密度大：激光的亮度是普通光源的上百万倍。与太阳光比，一支功率仅为1毫瓦的氦氖激光器的亮度要比太阳光强100倍；而一台巨型脉冲固体激光器的亮度可比太阳亮度高100亿倍。四、激光器的分类固体激光器：把金属离子掺入晶体或玻璃基质中按工作物质分类气体激光器：原子气体、分子气体和离子气体

4、液体激光器：有机染料溶液和无机化合物溶液半导体激光器：半导体材料红宝石激光器氦氖激光器氩离子激光器染料激光器半导体激光器又称为半导体激光二极管，或简称激光二极管，英文缩写为LD(LaserDiode)，是实用中最重要的一类激光器。优点：体积小、效率高、寿命长，可采用简单的电流注入方式来泵浦；其工作电压和电流与集成电路兼容，因而有可能与之单片集成；并且还可用高达GHZ的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出，可实行温度调谐和电流调谐。五、半导体激光器的应用……信息存储与处理科学研究军事应用光通信半导体激光器的应用医学应用半导体激光器的基本特性泵浦源：通常采用电压很低的直流电源激光

5、工作物质：直接带隙半导体材料------砷化稼(GaAs)、砷化铟(InAs)、铝稼砷(A1xGaAs)、铟磷砷(InPxAs)等等谐振腔：半导体介质的自然解理面构成平行平面腔三个基本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，必须使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，向有源层内注入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。要实际获得相干受激辐

6、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的自然解理面作为反射镜形成的，用半导体解理面构成共振腔，能获得的反射率一般只有30％左右，为适应某些应用的要求，腔镜达到高反射率，可以在有源层两侧各交替迭加许多层折射率不同的半导体材料。为了形成稳定振荡，激光媒质必须能提供足够大的增益，以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的损耗，不断增加腔内的光场。这就必须要有足够强的电流注入，即有足够的粒子数反转，粒子数反转程度越高，得到的增益就越大，即要求必须满足一定的电流阈值条件。当激光器达到阈值时，具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大，最后形成激

7、光而连续地输出。当注入电流IIth时，输出光功率随注入电流的增加而迅速增大，产生激光振荡。Ith被称为阈值电流，其大小由激光器的结构决定并与激光器的温度有关——随着温度的降低，Ith减小。当注入电流一定时，输出功率随温度降低而增大。输出特性PIIthP－I曲线输出功率与注入电流的关系阈值电流与激光器温度的关系③二次微分法：在P－I曲线中，将光功率对电流求二阶导数，二阶