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激光二極管是二極管種類之一，包括單異質(zhì)結(jié)（SH）、雙異質(zhì)結(jié)（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(yōu)點(diǎn)，是市場(chǎng)應(yīng)用的主流產(chǎn)品。與激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但其輸出功率小（一般小于2mW），線性差、單色性不太好，使其在有線電視領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。激光二極管
二極管種類之一
激光二極管包括單異質(zhì)結(jié)（SH）、雙異質(zhì)結(jié)（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(yōu)點(diǎn)，是市場(chǎng)應(yīng)用的主流產(chǎn)品。同激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但其輸出功率?。ㄒ话阈∮?mW），線性差、單色性不太好，使其在有線電視系統(tǒng)中的應(yīng)用受到很大限制，不能傳輸多頻道，高性能模擬信號(hào)。在雙向光接收機(jī)的回傳模塊中，上行發(fā)射一般都采用量子阱激光二極管作為光源。
基本信息
| 中文名 | 激光二極管 |
| 外文名 | Laser diode |
| 優(yōu)勢(shì) | 效率高、體積小、壽命長(zhǎng) |
| 領(lǐng)域 | 信息科學(xué) |
| 種類 | 單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等激光二極管 |
起源
激光的產(chǎn)生
一是處于高能態(tài)的粒子自發(fā)向低能態(tài)躍遷，稱之為自發(fā)輻射；
二是處于高能態(tài)的粒子在外來(lái)光的激發(fā)下向低能態(tài)躍遷，稱之為受激輻射；
自發(fā)輻射，即使是兩個(gè)同時(shí)從某一高能態(tài)向低能態(tài)躍遷的粒子，它們發(fā)出光的相位、偏振狀態(tài)、發(fā)射方向也可能不同，但受激輻射就不同，當(dāng)位于高能態(tài)的粒子在外來(lái)光子的激發(fā)下向低能態(tài)躍遷，發(fā)出在頻率、相位、偏振狀態(tài)等方面與外來(lái)光子完全相同的光。在激光器中，發(fā)生的輻射就是受激輻射，它發(fā)出的激光在頻率、相位、偏振狀態(tài)等方面完全一樣。任何的受激發(fā)光系統(tǒng)，
即有受激輻射，也有受激吸收，只有受激輻射占優(yōu)勢(shì)，才能把外來(lái)光放大而發(fā)出激光。而一般光源中都是受激吸收占優(yōu)勢(shì)，只有粒子的平衡態(tài)被打破，使高能態(tài)的粒子數(shù)大于低能態(tài)的粒子數(shù)（這樣情況稱為離子數(shù)反轉(zhuǎn)），才能發(fā)出激光。
產(chǎn)生激光的三個(gè)條件是：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、滿足閾值條件和諧振條件。產(chǎn)生光的受激發(fā)射的首要條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在半導(dǎo)體中就是要把價(jià)帶內(nèi)的電子抽運(yùn)到導(dǎo)帶。為了獲得離子數(shù)反轉(zhuǎn)，通常采用重?fù)诫s的P型和N型材料構(gòu)成PN結(jié)，這樣，在外加電壓作用下，在結(jié)區(qū)附近就出現(xiàn)了離子數(shù)反轉(zhuǎn)—在高費(fèi)米能級(jí)EFC以下導(dǎo)帶中貯存著電子，而在低費(fèi)米能級(jí)EFV以上的價(jià)帶中貯存著空穴。實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的必要條件，但不是充分條件。要產(chǎn)生激光，還要有損耗極小的諧振腔，諧振腔的主要部分是兩個(gè)互相平行的反射鏡，激活物質(zhì)所發(fā)出的受激輻射光在兩個(gè)反射鏡之間來(lái)回反射，不斷引起新的受激輻射，使其不斷被放大。只有受激輻射放大的增益大于激光器內(nèi)的各種損耗，即滿足一定的閾值條件：
P1P2exp（2G - 2A) ≥ 1
（P1、P2是兩個(gè)反射鏡的反射率，G是激活介質(zhì)的增益系數(shù)，A是介質(zhì)的損耗系數(shù)，exp為常數(shù)），才能輸出穩(wěn)定的激光，另一方面，激光在諧振腔內(nèi)來(lái)回反射，只有這些光束兩兩之間在輸出端的相位差Δф =2qπ q=1、2、3、4。時(shí)，才能在輸出端產(chǎn)生加強(qiáng)干涉，輸出穩(wěn)定激光。設(shè)諧振腔的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，激活介質(zhì)的折射率為N，則
Δф=（2π/λ）2NL=4πN(Lf/c)=2qπ，
上式可化為f=qc/2NL該式稱為諧振條件，它表明諧振腔長(zhǎng)度L和折射率N確定以后，只有某些特定頻率的光才能形成光振蕩，輸出穩(wěn)定的激光。這說明諧振腔對(duì)輸出的激光有一定的選頻作用。
發(fā)展
上世紀(jì)60年代發(fā)明的一種光源，命名為激光，LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母縮寫。
1964 年將其工作溫度提高到室溫。
1969年制造出室溫下脈沖工作的單異質(zhì)結(jié)激光二極管，
1970年制成室溫下連續(xù)工作的 Ga1-xAlxAs/GaAs雙異質(zhì)結(jié)(DH)激光二極管。此后，激光二極管迅速發(fā)展。1975年 Ga1-xAlxAs/GaAsDH 激光二極管的壽命提高到105小時(shí)以上。In1-xGaxAs1-yPy/InP 長(zhǎng)波長(zhǎng)DH激光二極管也取得重大進(jìn)展，因而推動(dòng)了光纖通信和其他應(yīng)用的發(fā)展。此外還出現(xiàn)了由Pb1-xSnxTe等 Ⅳ-Ⅵ族材料制成的遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)激光二極管。
簡(jiǎn)介
半導(dǎo)體激光二極管的基本結(jié)構(gòu)：垂直于PN結(jié)面的一對(duì)平行平面構(gòu)成法布里——珀羅諧振腔，它們可以
是半導(dǎo)體晶體的解理面，也可以是經(jīng)過拋光的平面。其余兩側(cè)面則相對(duì)粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。
激光二極管
半導(dǎo)體中的光發(fā)射通常起因于載流子的復(fù)合。當(dāng)半導(dǎo)體的PN結(jié)加有正向電壓時(shí)，會(huì)削弱PN結(jié)勢(shì)壘，迫使電子從N區(qū)經(jīng)PN結(jié)注入P區(qū)，空穴從P區(qū)經(jīng)過PN結(jié)注入N區(qū)，這些注入PN結(jié)附近的非平衡電子和空穴將會(huì)發(fā)生復(fù)合，從而發(fā)射出波長(zhǎng)為λ的光子，其公式如下：
λ = hc/Eg ⑴
上述由于電子與空穴的自發(fā)復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象稱為自發(fā)輻射。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導(dǎo)體時(shí)，一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子—空穴對(duì)附近，就能激勵(lì)二者復(fù)合，產(chǎn)生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大，則會(huì)形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說對(duì)某一頻率具有增益。當(dāng)增益大于吸收損耗時(shí)，就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相干光——激光，這就是激光二極管的簡(jiǎn)單原理。
常用參數(shù)
⑴波長(zhǎng)：即激光管工作波長(zhǎng)，可作光電開關(guān)用的激光管波長(zhǎng)有635nm、650nm、670nm、
690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。
激光二極管
⑵閾值電流Ith ：即激光管開始產(chǎn)生激光振蕩的電流，對(duì)一般小功率激光管而言，其值約在數(shù)十毫安，具有應(yīng)變多量子阱結(jié)構(gòu)的激光管閾值電流可低至10mA以下。
⑷垂直發(fā)散角θ⊥：激光二極管的發(fā)光帶在垂直PN結(jié)方向張開的角度，一般在15?~40?左右。
⑸水平發(fā)散角θ∥：激光二極管的發(fā)光帶在與PN結(jié)平行方向所張開的角度，一般在6?~ 10?左右。
⑹監(jiān)控電流Im ：即激光管在額定輸出功率時(shí)，在PIN管上流過的電流。
工作原理
晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建
電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。
當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。
當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。
當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。
導(dǎo)電特性
二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。下面通
過簡(jiǎn)單的
實(shí)驗(yàn)說明二極管的正向特性和反向特性。
1·正向特性
在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會(huì)導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V）以后，二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V），稱為二極管的“正向壓降”。
2·反向特性
在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒有電流流過，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時(shí)，仍然會(huì)有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會(huì)急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。激光二極管的注入電流必須大于臨界電流密度，才能滿足居量反轉(zhuǎn)條件而發(fā)出激光。臨界電流密度與接面溫度有關(guān)，并且間接影響效益。高溫操作時(shí)，臨界電流提高，效益降低，甚至損壞組件。
特色
當(dāng)激光二極管注入電流在臨界電流密度以下時(shí)，發(fā)光機(jī)制主要是自發(fā)放射，光譜分散較廣，頻寬大約
在100到500埃（埃=10-1奈米，原子直徑的數(shù)量級(jí)就是幾個(gè)埃〉之間。但當(dāng)電流密度超過臨界值時(shí)，就開始產(chǎn)生振蕩，最后只剩下少數(shù)幾個(gè)模態(tài)，而頻寬也減小到30埃以下。而且，激光二極管的消耗功率極小，以雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光為例，最大的額定電壓通常低于2伏特，輸入電流則在15到100毫安之間，消耗功率往往不到一瓦特，而輸出功率達(dá)數(shù)十毫瓦特以上。
激光二極管的特色之一，是能直接從電流調(diào)制其輸出光的強(qiáng)弱。因?yàn)檩敵龉夤β逝c輸入電流之間多為線性關(guān)系，所以激光二極管可以采用模擬或數(shù)字電流直接調(diào)制輸出光的強(qiáng)弱，省掉昂貴的調(diào)制器，使二極管的應(yīng)用更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
發(fā)光原理
激光二極管的發(fā)光原理：激光二極管中的P-N結(jié)由兩個(gè)摻雜的砷化鎵層形成。它有兩個(gè)平端結(jié)構(gòu)，平行于一端鏡像（高度反射面）和一個(gè)部分反射。要發(fā)射的光的波長(zhǎng)與連接處的長(zhǎng)度正好相關(guān)。當(dāng)P-N結(jié)由外部電壓源正向偏置時(shí)，電子通過結(jié)而移動(dòng)，并像普通二極管那樣重新組合。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)，光子被釋放。這些光子撞擊原子，導(dǎo)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(jìn)入耗盡區(qū)并導(dǎo)致更多的光子被發(fā)射。最終，在耗盡區(qū)內(nèi)隨機(jī)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(jié)的另一端反射回來(lái)。光子從一端到另一端的這種運(yùn)動(dòng)連續(xù)多次。在光子運(yùn)動(dòng)過程中，由于雪崩效應(yīng)，更多的原子會(huì)釋放更多的光子。這種反射和產(chǎn)生越來(lái)越多的光子的過程產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的激光束。在上面解釋的發(fā)射過程中產(chǎn)生的每個(gè)光子與在能級(jí)，相位關(guān)系和頻率上的其他光子相同。因此，發(fā)射過程給出單一波長(zhǎng)的激光束。為了產(chǎn)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(xiàn)為LED，發(fā)出非相干光。
種類
DFB-LD
F-P(法布里-珀羅）腔LD已成為常規(guī)產(chǎn)品，向高可靠低價(jià)化方向發(fā)展。DFB-LD的激射波長(zhǎng)主要由器件內(nèi)部制
備的微小折射光柵周期決定，依賴沿整個(gè)有源層等間隔分布反射的皺褶波紋狀結(jié)構(gòu)光柵進(jìn)行工作。DFB-LD兩邊為不同材料或不同組分的半導(dǎo)體晶層，一般制作在量子阱QW有源層附近的光波導(dǎo)區(qū)。這種波紋狀結(jié)構(gòu)使光波導(dǎo)區(qū)的折射率呈周期性分布，其作用就像一個(gè)諧振控，波長(zhǎng)選擇機(jī)構(gòu)是光柵。利用QW材料尺寸效應(yīng)和DFB光柵的選模作用，所激射出的光的譜線很寬，在高速率調(diào)制下可動(dòng)態(tài)單縱模輸出。內(nèi)置調(diào)制器的DFB-LD滿足光發(fā)射機(jī)小型、低功耗的要求。
DFB-LD多采用Ⅲ和Ⅴ族元素組成的三元化合物、四元化合物，在1550nm波段內(nèi)，最成熟的材料是InGaAsP/InP。新型AIGaInAs/InP材料的研發(fā)日趨成熟，國(guó)際上僅少數(shù)幾家廠商可提供商用產(chǎn)品。優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，有源區(qū)為應(yīng)變超晶格QW。有源區(qū)周邊一般為雙溝掩埋或脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。有源區(qū)附近的光波導(dǎo)區(qū)為DFB光柵，采用一些特殊的設(shè)計(jì)，如：波紋坡度可調(diào)分布耦合、復(fù)耦合、吸收耦合、增益耦合、復(fù)合非連續(xù)相移等結(jié)構(gòu)，提高器件性能。生產(chǎn)技術(shù)中，金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積MOCVD和光柵的刻蝕是其關(guān)鍵工藝。MOCVD可精確控制外延生長(zhǎng)層的組分、摻雜濃度、薄到幾個(gè)原子層的厚度，生長(zhǎng)效率高，適合大批量制作，反應(yīng)離子束刻蝕能保證光柵幾何圖形的均勻性，電子束產(chǎn)生相位掩膜刻蝕可一步完成陣列光柵的制作。1550nmDFB-LD開始大量用于622Mb/s、2.5Gb/s光傳輸系統(tǒng)設(shè)備，對(duì)波長(zhǎng)的選擇使DFB-LD在大容量、長(zhǎng)距離光纖通信中成為主要光源。
同一芯片上集成多波長(zhǎng)DFB-LD與外腔電吸收調(diào)制器的單芯片光源也在發(fā)展中。研制成功的電吸收調(diào)制器集成光源，采用有源層與調(diào)制器吸收層共用多QW結(jié)構(gòu)。調(diào)制器的作用如同一個(gè)高速開關(guān)，把LD輸出變換成二進(jìn)制的0和1。在一塊芯片上形成40種不同的折射光柵，波長(zhǎng)1530--1590nm的40路調(diào)制器集成光源，信道間隔為200GHz。其開發(fā)目標(biāo)是集成100個(gè)發(fā)射波長(zhǎng)的LD陣列，以進(jìn)行9.5THz超大容量的通信。
VCSEL
VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光）二極管的特點(diǎn)如下：從其頂部發(fā)射出圓柱形射束，射束無(wú)需進(jìn)行不對(duì)稱矯正或散光矯正，即可調(diào)制成用途廣泛的環(huán)形光束，易與光纖耦合；轉(zhuǎn)換效率非常高，功耗僅為邊緣發(fā)射LD的幾分之一；調(diào)制速度快，在1GHz以上；閾值很低，噪聲小；重直腔面很小，易于高密度大規(guī)模制作和成管前整片檢測(cè)、封裝、組裝，成本低。
VCSEL采用三明治式結(jié)構(gòu)，其中間只有20nm、1--3層的QW增益區(qū)，上、下各層是由多層外延生長(zhǎng)薄膜形成的高反射率為100%的布拉格反射層，由此構(gòu)成諧振腔。相干性極高的激光束最后從其頂部激射出。多家廠商有1550nm低損耗窗口與低色散的可調(diào)諧VCSEL樣品展示。1310nm的產(chǎn)品預(yù)計(jì)在今后1--2年內(nèi)上市。可調(diào)諧的典型器件是將一只普通980nmVCSEL與微光機(jī)電系統(tǒng)的反射腔集成組合，由曲形頂鏡、增益層、反射底鏡等構(gòu)成可產(chǎn)生中心波長(zhǎng)為1550nm的可調(diào)諧結(jié)構(gòu)，用一個(gè)靜電控制電壓將位于支撐薄膜上的頂端反射鏡定位，改變控制電壓就可調(diào)整諧振腔體間隙尺寸，從而達(dá)到調(diào)整輸出波長(zhǎng)的目的。在1528--1560nm范圍連續(xù)可調(diào)諧43nm，經(jīng)過2.5Gb/s傳輸500km實(shí)驗(yàn)無(wú)誤碼，邊模抑制優(yōu)于50dB。如果發(fā)射波長(zhǎng)在1310--1550nm之間的VCSEL能夠商業(yè)化生產(chǎn)，將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)光通信發(fā)展，使光網(wǎng)絡(luò)更加靠近家庭。已有許多公司公布了這種波長(zhǎng)的VCSEL原型機(jī)的一些技術(shù)數(shù)據(jù)。
DBR-LD
DBR-LD（分布布拉格反射器激光二極管）最具代表性的是超結(jié)構(gòu)光柵SSG結(jié)構(gòu)。器件中央是有源層，兩邊是折射光柵形成的SSG區(qū)，受周期性間隔調(diào)制，其反射光譜變成梳狀峰，梳狀光譜重合的波長(zhǎng)以大的不連續(xù)變化，可實(shí)現(xiàn)寬范圍的波長(zhǎng)調(diào)諧。采用DBR-LD構(gòu)成波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，與調(diào)制器單片集成，其芯片左側(cè)為雙穩(wěn)態(tài)激光器部分，有兩個(gè)激活區(qū)和一個(gè)用作飽和吸收的隔離區(qū)；右側(cè)是波長(zhǎng)控制區(qū)，由移相區(qū)和DBR構(gòu)成。
1550nm多冗余功能可調(diào)諧DBR-LD可獲得16個(gè)頻率間隔為100GHz或32頻率間隔為50GHz的波長(zhǎng)，隨著大約以10nm間隔跳模，可獲得約100nm的波長(zhǎng)調(diào)諧。除保留已有的處理和封裝工藝外，還增加了納秒級(jí)的波長(zhǎng)開關(guān)，擴(kuò)大調(diào)諧范圍。
FG-LD
FG-LD(光纖光柵激光二極管）利用已成熟的封裝技術(shù)，將含有FG的光纖與端面鍍有增透膜的F-P腔LD耦合而
成可調(diào)諧外腔結(jié)構(gòu)的激光器，由LD芯片、空氣間隙、光纖前端的光纖部分組成，光學(xué)諧振腔在光柵和LD外端面之間。LD的內(nèi)端面鍍有增透膜，以減小其F-P模式，F(xiàn)G用來(lái)反饋選模，由于其極窄的濾波特性，LD工作波長(zhǎng)將控制在光柵的布拉格發(fā)射峰帶寬內(nèi)，通過加壓應(yīng)變或改變溫度的方法，調(diào)諧FG的布拉格波長(zhǎng)，就可以得到波長(zhǎng)可控制的激光輸出。FG-LD制作組裝相對(duì)簡(jiǎn)單，性能卻可與DFB-LD相比擬，激射波長(zhǎng)由FG的布拉格波長(zhǎng)決定，因此可以精控，單模輸出功率可達(dá)10mW以上，小于2.5kHz的線寬，較低的相對(duì)強(qiáng)度噪聲與較寬的調(diào)諧范圍（50nm），在光通信的某些領(lǐng)域有可能替代DFB-LD。已進(jìn)行用于2.5Gb/sx64路的信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)，效果很好。
GCSR-LD
GCSR-LD（光柵耦合采樣反射激光二極管）是一種波長(zhǎng)可大范圍調(diào)諧的LD，其結(jié)構(gòu)從左往右分別為增益、耦合器、相位、反射器區(qū)域，改變其增益、耦合、相位和反射器各個(gè)部分的注入電流，就可改變其發(fā)射波長(zhǎng)。此LD波長(zhǎng)可調(diào)范圍約80nm，可提供322個(gè)國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-T建議的波長(zhǎng)表內(nèi)的波長(zhǎng)，已進(jìn)行壽命試驗(yàn)。
MOEMS-LD
MOEMS-LD（微光機(jī)電系統(tǒng)激光二極管）用靜電方式控制可移動(dòng)表面設(shè)定或調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)中物理尺寸，進(jìn)行光波的水平方向調(diào)諧。采用自由空間微光學(xué)平臺(tái)技術(shù)，控制腔鏡位置實(shí)現(xiàn)F-P腔腔長(zhǎng)的變化，帶來(lái)60nm的可調(diào)諧范圍。這種結(jié)構(gòu)既可作可調(diào)諧光器件，也可用于半導(dǎo)體激光器集成，構(gòu)成可調(diào)諧激光器。
其它類型LD
光模塊激光二極管內(nèi)置MQWF-P腔LD或DFB-LD、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路，輸出光信號(hào)。其體積小，可靠性高，使用方便，在城域網(wǎng)、同步傳輸系統(tǒng)、同步光纖網(wǎng)絡(luò)中都大量采用2.5Gb/s光發(fā)射模塊，10Gb/s、40Gb/s處于初期試用階段，向高速化、低成本、微型化發(fā)展。利用高分子材料Polymer折射率隨溫度變化特性，加熱器改變高分子材料光柵溫度，引發(fā)其折射率和光柵節(jié)距變化，使其反射波長(zhǎng)改變。已研制出Polymer-AWG波長(zhǎng)可調(diào)的集成模塊，有16個(gè)波長(zhǎng)通道，波長(zhǎng)間隔200GHz，插損8--9dB，串?dāng)_-25dB。用一個(gè)高速調(diào)制器對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行時(shí)間調(diào)制的多波長(zhǎng)LD正處于研制階段。這是一種全新的多波長(zhǎng)和波長(zhǎng)可編程光源。
結(jié)構(gòu)性能
物理結(jié)構(gòu)
是在發(fā)光二極管的結(jié)間安置一層具有光活性的半導(dǎo)體，其端面經(jīng)過拋光后具有部分反射功能，因而形成一光諧振腔。在正向偏置的情況下，LED結(jié)發(fā)射出光來(lái)并與光諧振腔相互作用，從而進(jìn)一步激勵(lì)從結(jié)上發(fā)射出單波長(zhǎng)的光，這種光的物理性質(zhì)與材料有關(guān)。
在VCD機(jī)中，半導(dǎo)體激光二極管是激光頭的核心部件之一，它大多是由雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鎵鋁砷(AsALGA)三元化合物構(gòu)成的，是一種近紅外半導(dǎo)體器件，波長(zhǎng)為780～820 nm，額定功率為3～5 mw。另外，還有一種可見光(如紅光)半導(dǎo)體激光二極管，也廣泛應(yīng)用于VCD機(jī)以及條形碼閱讀器中。
激光二極管的外形及尺寸如圖1所示。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)類型有三種，如圖2所示。
激光二極管具有體積小、重量輕、耗電低、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、調(diào)制方便、耐機(jī)械沖擊以及抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)過電流、過電壓以及靜電干擾極為敏感，因此，在使用時(shí)，要特別注意不要使其工作參數(shù)超過其最大允許值，可采用的方法如下：
(2)在激光_極管電路上串聯(lián)限流電阻器，并聯(lián)旁路電容器。
(3)由于激光二極管溫度升高將增大流過它的電流值，因此，必須采用必要的散熱措施，以保證器件工作在一定的溫度范圍之內(nèi)。
(4)為了避免激光二極管因承受過大的反向電壓而造成擊穿損壞，可在其兩端反并聯(lián)上快速硅二極管。
檢測(cè)方法
（1）阻值測(cè)量法：拆下激光二極管，用萬(wàn)用表R×1k或R×10k檔測(cè)量其正、反向電阻值。正常時(shí)，正向電阻值為20~40kΩ之間，反向電阻值為∞（無(wú)窮大）。若測(cè)得正向電阻值已超過50kΩ，則說明激光二極管的性能已下降。若測(cè)得的正向電阻值大于90kΩ，則說明該二極管已嚴(yán)重老化，不能再使用了。
注意事項(xiàng)
1.激光二極管發(fā)射的激光有可能對(duì)人眼造成傷害。二極管工作時(shí)，嚴(yán)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。
2.器件需要合適的驅(qū)動(dòng)電源，瞬時(shí)反向電流不能超過2uA，反向電壓不得超過3V,否則會(huì)損壞器件。驅(qū)動(dòng)電源子在電源通斷時(shí)，要防止浪涌電流的措施。用示波器測(cè)試驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，要先斷開電源再連接示波器探頭，若在通電情況下測(cè)試探頭，可能引用浪涌電流損壞器件。
3.器件應(yīng)存放或工作于干凈的環(huán)境中。
4.在較高溫度下工作，會(huì)增大閥值電流，較低轉(zhuǎn)化頻率，加速器件的老化。在調(diào)整光輸入量時(shí)，要用光功率表檢測(cè)，防止超過大額定輸出。
5.輸出功率高于指定參數(shù)工作，會(huì)加速元件老化。
6.機(jī)器需要充分散熱或在制冷條件下使用，激光二極管的溫度嚴(yán)格控制在20度以下，保證壽命。
8.激光器的輸出波長(zhǎng)受工作電流與散熱的影響，要保持良好的散熱條件，降低工作時(shí)管芯的溫度。加散熱器防止激光二極管在工作中溫升過高。
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