半导体激光器的分类

1 同质结半导体激光器

PN结由同一种半导体材料构成，P区、N区具有相同的带隙、接近相同的折射率，如图6示

图6 同质结

同质结半导体激光器是一种不理想的光源，主要表现在：阈值电流高、损耗大、不同在室温下连续工作。

2 异质结半导体激光器

异质结由晶格常数不同的两种材料构成的PN结，分为单异质结、双异质结和多异质结，如图2.7所示。常用的异质结半导体激光器材料体系有：GaAs/AlxGa1-xAs和InP/Ga1-xInxAs1-yIny。

图7异质结

单异质结激光器的阈值电流比同质结半导体激光器小若干，但仍较高，常用作脉冲器件。

双异质结激光器的有源区载流子浓度大，增益高；且折射率远大于其相邻包围层的折射率，光波导效应显著，传输损耗小。双异质结激光器的阈值电流密度小，可实现室温连续运转。

3 分布反馈布拉格(DFB)半导体激光器

利用特殊微电子工艺将激活层没光传播方向做成周期性的波纹光栅结构，其腔内的光反馈利用波纹光栅的布拉格衍射而建立，不再用解理面做光反馈，如图8(a)所示。

波纹光栅是由于材料折射率周期性变化而形成的，它为受激光辐射产生的光子提供周期性的反射点。如图8(b)所示，由有源区发出的光，从一个方向向另一个方向传播时，一部分在光栅波纹峰反射，另一部分继续向前传播，在邻近的光栅波纹峰反射，如果两束反射光相互叠加，就会产生更强的反馈，而其他波长的光将相互抵消。所有波纹峰产生的反馈光产生激光振荡。

图8 DFB半导体激光器

分布反馈布拉格半导体激光器具有以下优点：

a. 单纵模振荡。

利用光栅实现选频，可以很容易实现单纵模。

b. 窄线宽，波长稳定性好。

c. 动态谱线好。

高速调制时，分布反馈布拉格半导体激光器的谱线展宽比F-P激光器的小，且仍能保持单模特性。

d. 线性度好。

4 量子阱半导体激光器

两个高势能的阱壁夹住一个低势能阱底就构成一个势阱，减小有源层的厚度，出现载流子能量的量子化，发生量子效应，如图9所示。

图9单量子阱

单量子阱只有一个势阱，多量子阱的结构中包含多个周期性的量子阱，注入载流子可被各量子阱收集。量子阱激光器的特点：阈值电流低，输出功率高，温度稳定性好，线宽窄，调制速度高，可通过改变阱宽来改变激光器的发射波长。

图10是2013年德国一家研究所推出的以1mm长双量子阱AlGaAs为放大芯片，通过体布拉格光栅形成外腔反馈获得的780.24nm的基模输出，输出功率为120 mW，线宽为54kHz。

图 10双量子阱AlGaAs窄线宽激光器

分析可知，量子阱激光器可产生窄线宽、高功率的激光输出。

图 11所示结构是以单量子阱GaAsP作为有源区，LD芯片长3.9mm，输入端面和输出端面的反射率分别为0.9和10-4，以体布拉格光栅最为外腔反馈元件，获得最大输出功率为380mW，线宽为18 kHz的780nm激光输出。

图 11单量子阱GaAsP窄线宽激光器

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应用方向：

审核编辑 黄宇