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激光二极管的工作原理

发布时间:2018-01-25 来源:http://www.hwnlaser.com/news/164.html

激光二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场。当不存在外加电压时,由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

当外加的反向电压高到一定程度时,p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程,产生大量电子空穴对,激光二极管产生了数值很大的反向击穿电流,称为二极管的击穿现象。

1·正向特性

在电子电路中,将二极管的正极接在高电位端,负极接在低电位端,激光二极管就会导通,这种连接方式,称为正向偏置。必须说明,当加在激光二极管两端的正向电压很小时,二极管仍然不能导通,流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”,锗管约为0.2V,硅管约为0.6V)以后,二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变(锗管约为0.3V,硅管约为0.7V),称为二极管的“正向压降”。

激光二极管

2·反向特性

在电子电路中,二极管的正极接在低电位端,负极接在高电位端,此时激光二极管中几乎没有电流流过,此时二极管处于截止状态,这种连接方式,称为反向偏置。激光二极管处于反向偏置时,仍然会有微弱的反向电流流过二极管,称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值,反向电流会急剧增大,激光二极管将失去单方向导电特性,这种状态称为二极管的击穿。激光二极管的注入电流必须大于临界电流密度,才能满足居量反转条件而发出激光。临界电流密度与接面温度有关,并且间接影响效益。高温操作时,临界电流提高,效益降低,甚至损坏组件。

特色:

当激光二极管注入电流在临界电流密度以下时,发光机制主要是自发放射,光谱分散较广,频宽大约

在100到500埃(埃=10-1奈米,原子直径的数量级就是几个埃〉之间。但当电流密度超过临界值时,就开始产生振荡,最后只剩下少数几个模态,而频宽也减小到30埃以下。而且,激光二极管的消耗功率极小,以双异质结构激光为例,最大的额定电压通常低于2伏特,输入电流则在15到100毫安之间,消耗功率往往不到一瓦特,而输出功率达数十毫瓦特以上。

激光二极管的特色之一,是能直接从电流调制其输出光的强弱。因为输出光功率与输入电流之间多为线性关系,所以激光二极管可以采用模拟或数字电流直接调制输出光的强弱,省掉昂贵的调制器,使二极管的应用更加经济实惠。

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