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激光二極管的原理與結構介紹

返回列表來源:壹芯微 發布日期 2021-12-28 瀏覽:-

激光二極管的原理與結構介紹

激光二極管是上世紀60年代發明的一種光源半導體激光器,又稱鐳射管(LaserDiode)。LASER是取"LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(基于受激發射的光放大)"的首字母組成的縮寫單詞,通常簡稱為LD。包括單異質結(SH)、雙異質結(DH)和量子阱(QW)激光二極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低,輸出功率高的優點,是市場應用的主流產品。由于可產生波長及相位等性質完全一樣的光,因此相干性高是其最大特點。下面來看看其的原理與結構:

激光二極管

激光二極管

1.工作原理

如圖1所示,激光二極管中的P-N結由兩個摻雜的砷化鎵層形成。它有兩個平端結構,平行于一端鏡像(高度反射面)和一個部分反射。要發射的光的波長與連接處的長度正好相關。當P-N結由外部電壓源正向偏置時,電子通過結而移動,并像普通二極管那樣重新組合。當電子與空穴復合時,光子被釋放。這些光子撞擊原子,導致更多的光子被釋放。隨著正向偏置電流的增加,更多的電子進入耗盡區并導致更多的光子被發射。最終,在耗盡區內隨機漂移的一些光子垂直照射反射表面,從而沿著它們的原始路徑反射回去。

反射的光子再次從結的另一端反射回來。光子從一端到另一端的這種運動連續多次。在光子運動過程中,由于雪崩效應,更多的原子會釋放更多的光子。這種反射和產生越來越多的光子的過程產生非常強烈的激光束。在上面解釋的發射過程中產生的每個光子與在能級,相位關系和頻率上的其他光子相同。因此,發射過程給出單一波長的激光束。為了產生一束激光,必須使激光二極管的電流超過一定的閾值電平。低于閾值水平的電流迫使二極管表現為LED,發出非相干光。

激光二極管原理圖

圖1激光二極管原理圖

簡單來說,如圖2所示,利用注入電流產生的光在2片鏡片之間往返放大,直至激光振蕩。因此,激光二極管也可以說成是一個通過反射鏡將光放大的發光LED。

激光二極管的發光示意圖

圖2激光二極管的發光示意圖

2.內部結構

以當前市面上最常見這種激光二極管實物為例,說明一下激光二極管的大致構造情況:

激光二極管內部結構圖

圖3激光二極管內部結構圖

由圖3可見,激光二極管LASER內包括四個部分:第一部分是激光發射部分(可用LD表示),它的作用是發射激光;第二部分是光電二極管,是激光的接收反饋器(可用PD表示),它的作用是接收、監測LD發出的激光(當然,若不需監測LD的輸出,PD部分則可不用),此外這兩個部分還要一個共用公共電極。因此,通常激光二極管有三個電極;第三部分是玻璃蓋片做的鏡頭,其作用是防塵還有諧振腔的用途;第四部分是金屬外殼,主要固定、屏蔽外界干擾信號和散熱的作用。

以上就是激光二極管的原理與結構介紹了。由于激光二極管發射的激光有可能對人眼造成傷害,所以二極管在工作時,嚴禁直接注視其端面,不能透過鏡片直視激光,也不能透過反視鏡觀察激光。

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