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注入型半导体激光器的特点

本文从应用观点上阐述半导体激光器的特点 。 与其它种类的激光器相比较 ,注入型激光器的优点列举如下 :

(1) 体积小 、重量轻 几乎所有的半导体激光器其器件本身体积大小都在 1mm3 以下 ,非常小 。 即使包括必要的散热片和电源装置也能够成为非常小的小型系统 。
(2) 可注入激励 仅用几伏的低电压注入毫安级的电流就能够驱动 。除电源装置以外不需要其它的激励设备和部件 。 因为电功率直接变换成输出光功率 ,所以能量效率高 。
(3) 室温下可连续振荡 在室温附近的温度范围内大多数半导体激光器能够连续振荡 。
(4) 波长范围宽 适当地选择材料与合金比 ,在红外到可见光很宽的波长范围内能够实现任意波长的激光器 。
(5) 增益带宽宽 即使是一种半导体激光器 ,能够得到光放大增益的波长范围也是很宽的 。 因此在这个范围可以任意选择激射波长 ,能够实现波长调谐激光器 ,也能够实现宽带光放大器 。
(6) 可直接调制 把信号重叠在驱动电流上 ,在直流到吉赫 [兹](GHz)波段的宽频范围内 ,可以调制振荡强度 、频率和相位 。
(7) 相干性高 用单横模的激光器可以得到空间上相干性高的输出光 。 在 DFB ,DBR 激光器中直到亚兆赫(M Hz)的窄谱线宽度 ,能够得到稳定的单纵模激射 ,得到时间上的高相干性 。
(8) 能够产生超短光脉冲 采用增益开关和锁模等方法 ,以简单的系统结构就能够获得从纳秒(ns)到皮秒(ps)的超短光脉冲 。
(9) 可批量生产 由于是小型 、层状结构 ,可以用光刻和平面工艺技术制作 ,适宜于大量生产 。
(10) 可靠性高 由于是单片状 ,所以具有牢固的机械结构 。 因为半导体激光器没有磨损的因素 ,所以不需要维修 ,而且寿命长 ,因此可靠性高 。
(11) 可单片集成化 因为上述(1) 、(2) 、(9) 、(10)的特点 ,能够把同种半导体激光器集成在同一衬底上 。 另外用相同的半导体材料可以制成光探测器 、光调制器和电子电路元件 ,就可以得到单片集成的高性能器件 。

相反 ,将半导体激光器的缺点和问题列举如下 :

(1) 温度特性差 工作特性与温度有显著的关系 ,环境温度变化可以引起激射频率 、阈值电流 、输出光功率等变化 。
(2) 容易产生噪声 因为是利用高浓度的载流子 ,所以载流子的起伏会影响有源区的折射率 ;谐振器的长度短 ,还采用了低反射率的端面镜子 ,所以激光振荡容易受到外部返回光的影响 。 上述原因容易产生各种噪声和不稳定性 。
(3) 输出光发散 输出光由端面以放射形式发出成为发散光 。 要获得平行光束必须要有外部透镜 。这些缺点已作为半导体激光器的研究课题正在努力进行改善 ,另一方面正在开发回避这些问题的方法 。


本文节选自《半导体激光基础》,由镭之源激光电源收集整理。
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