半导体激光器的工作特性

激光被广泛应用是因为它具有单色性好、方向性强、亮度高等特性。激光技术的原理是：当光或电流的能量撞击某些晶体或原子等易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量;而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的“连锁反应”，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光。

1 阈值电流

当注入p-n结的电流较低时，只有自发辐射产生，随电流值的增大增益也增大，达阈值电流时，p-n结产生激光。

影响阈值的几个因素：

(1)晶体的掺杂浓度越大，阈值越小。

(2)谐振腔的损耗小，如增大反射率，阈值就低。

(3)与半导体材料结型有关，异质结阈值电流比同质结低得多。目前，室温下同质结的阈值电流大于30000A/cm2;单异质结约为8000A/cm2;双异质结约为1600A/cm2。现在已用双异质结制成在室温下能连续输出几十毫瓦的半导体激光器。

(4)温度愈高，阈值越高。100K以上，阈值随T的三次方增加。因此，半导体激光器最好在低温和室温下工作。

2、方向性

由于半导体激光器的谐振腔短小，激光方向性较差，在结的垂直平面内，发散角最大，可达20°-30°;在结的水平面内约为10°左右。

3、效率

量子效率 η=每秒发射的光子数/每秒到达结区的电子空穴对数

77K时，GaAs激光器量子效率达70%-80%;300K时，降到30%左右。

功率效率η1=辐射的光功率/加在激光器上的电功率

由于各种损耗，目前的双异质结器件，室温时的η1最高10%，只有在低温下才能达到30%-40%。

4、光谱特性

由于半导体材料的特殊电子结构，受激复合辐射发生在能带(导带与价带)之间，所以激光线宽较宽，GaAs激光器，室温下谱线宽度约为几纳米，可见其单色性较差。输出激光的峰值波长：77K时为840nm;300K时为902nm。

审核编辑：汤梓红