近代物理小論文

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1、近代物理半導(dǎo)體激光器的原理及應(yīng)用院（部）：專業(yè)：班級(jí):姓名：學(xué)號(hào)：1.半導(dǎo)體激光器的原理及特性1.1基本原理半導(dǎo)體材料多是晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)大雖原了?規(guī)則而緊密地結(jié)合成晶體時(shí)，晶體中那些價(jià)電了?都處在晶體能帶上。價(jià)電了所處的能帶稱價(jià)帶（對(duì)應(yīng)較低能雖）。與價(jià)帶《近的高能帶稱導(dǎo)帶，能帶之間的空域稱為禁帶。當(dāng)加外電場(chǎng)時(shí)，價(jià)帶中電子躍遷到導(dǎo)帶中去，在導(dǎo)帶中可以自由運(yùn)動(dòng)而起導(dǎo)電作用。同時(shí)，價(jià)帶中失掉一個(gè)電子，則相當(dāng)于出現(xiàn)一個(gè)帶電的空穴，這種空穴在外電場(chǎng)的作用下，也能起導(dǎo)電作用。因此，價(jià)帶中空穴和導(dǎo)帶中的電子都旮導(dǎo)

2、電作川，統(tǒng)稱為載流子。摻雜半導(dǎo)體與p_n結(jié)。沒奮雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)休，稱為本征半導(dǎo)體。如果在本征半導(dǎo)體屮摻入雜質(zhì)原子，則在導(dǎo)帶之卜*和價(jià)帶之上形成了雜質(zhì)能級(jí)，分別稱力施上能級(jí)和受主能級(jí)旮施主能級(jí)的半導(dǎo)體稱為n型半導(dǎo)體；奮受主能級(jí)的半導(dǎo)體稱這p型半導(dǎo)體。在常溫K,熱能使n型半導(dǎo)體的大部分施主原了被離化，K中電了被激發(fā)到導(dǎo)帶上，成為自由電了。而p型半導(dǎo)體的大部分受主原子則俘獲丫價(jià)帶中的電了，在價(jià)帶中形成空穴。因此，n型半導(dǎo)體主要由導(dǎo)帶中的電子導(dǎo)電；p型半導(dǎo)體主要由價(jià)帶中的空穴導(dǎo)電。半導(dǎo)體激光器中所用半導(dǎo)體

3、材料，摻雜濃度較大，n型雜質(zhì)原了數(shù)一般為2?SXIOim1;p型為1?3X10l9cm'o在一塊半導(dǎo)體材料中，從P型區(qū)到n型區(qū)突然變化的區(qū)域稱為P_n結(jié)。其交界側(cè)處將形成一空間電荷區(qū)。n型半導(dǎo)體帶中電了要向P區(qū)擴(kuò)散，而P型半導(dǎo)體價(jià)帶中的空穴要向n區(qū)擴(kuò)散。這樣一來，結(jié)構(gòu)附近的n型區(qū)由于是施主而帶正電，結(jié)區(qū)附近的p型區(qū)由于是受主而帶負(fù)電。在交界浙處形成一個(gè)由n區(qū)指向P區(qū)的電場(chǎng)，稱為自建電場(chǎng)。此電場(chǎng)會(huì)阻止電了和空穴的繼續(xù)擴(kuò)散。OOOO2-O000OOO自建電場(chǎng)的示意閣p_n結(jié)電注入激發(fā)機(jī)理。若在形成了p

4、_n結(jié)的半導(dǎo)體材料加匕正向偏壓，p區(qū)接正極，n區(qū)接負(fù)極。顯然，.11?:向電壓的電場(chǎng)與p-n結(jié)的自建電場(chǎng)方向相反，它削弱了自建電場(chǎng)對(duì)晶體中電了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，使n區(qū)中的自由電子在正向電壓的作用下，又源源不斷地通過p-ri結(jié)向p區(qū)擴(kuò)散，在結(jié)區(qū)內(nèi)M時(shí)存在著大呈導(dǎo)帶中的電了?和價(jià)帶中的空穴時(shí)，它們將在注入?yún)^(qū)產(chǎn)生復(fù)合，當(dāng)導(dǎo)帶中的電了躍遷到價(jià)帶時(shí)，多雜的能呈就以光的形式發(fā)射出來。這就是半導(dǎo)體場(chǎng)致發(fā)光的7///////Z///J機(jī)理，這種自發(fā)S合的發(fā)光稱為自發(fā)輻射。要使P_n結(jié)產(chǎn)生激光，必須在結(jié)構(gòu)內(nèi)形成粒

5、子反轉(zhuǎn)分結(jié)區(qū)布狀態(tài)，需使川重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料，要求注入p-n結(jié)的電流兄夠人（如30000A/cm2）o這樣在p_n結(jié)的局部區(qū)域內(nèi)，就能形成導(dǎo)帶中的電子多于價(jià)帶中空穴數(shù)的反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，從而產(chǎn)生受激合輻射而發(fā)出激光。半濘體激光器的結(jié)構(gòu)罔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)。如圖為結(jié)構(gòu)圖，其外形及大小與小功率半導(dǎo)體三極管差不多，僅在外殼上多一個(gè)激光輸出窗口。夾著結(jié)區(qū)的p區(qū)與n區(qū)做成層狀，結(jié)區(qū)厚為幾十微米，而積約小于lmn?。半導(dǎo)體激光器的光學(xué)諧振腔是利用與p-n結(jié)平而相垂直的A然解理而（110而）構(gòu)成，它有35的反射率，已

6、足以引起激光振蕩。若需增加反射率可迕品而上鍍一層二鉍化硅，再鍍一層金屬銀膜，對(duì)獲得95%以上的反射率。一旦半導(dǎo)體激光器上加上正向偏壓時(shí)，在結(jié)區(qū)就發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)Ifu進(jìn)行S合1.2半導(dǎo)體激光器的調(diào)制特性激光具有極好的時(shí)間相干性和空間相干性，它與無線電波相似，易于調(diào)制，且光波的頻率極高，能傳遞信息的界:W:很人。加之激光束發(fā)散角小，光能商度集屮，既能傳輸較遠(yuǎn)距離，又秘于保密。因而為光信息傳遞提供了一種理想的光源。把欲傳輸?shù)男畔⒓虞d于激光副射的過程稱為激光調(diào)制，把完成這一過程的裝置稱為激光調(diào)制器，由已調(diào)

7、制的激光輻射屮還原出所加載信息的過程則稱為解調(diào)。由于激光起到“攜帶”信息的作用，所以稱其為載波。通常將欲傳遞的信息稱為調(diào)制信號(hào)。被調(diào)制的激光稱為己調(diào)波或調(diào)制光。激光調(diào)制與無線電波調(diào)制相類似，激光振蕩的瞬時(shí)電場(chǎng)也川'表示為：e（t）=Acos（wt+M/）式中A為激光振蕩的g振幅，w為調(diào)制的角頻率，11/為調(diào)制的相位角。模擬激光調(diào)制討分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等類型。按載波的振蕩輸岀方式不M又町分為連續(xù)調(diào)制、脈沖調(diào)制和脈沖編碼調(diào)制等。脈沖調(diào)制主耍分為脈沖調(diào)幅（PAM）、脈沖強(qiáng)度調(diào)制（PIM）、脈沖調(diào)頻（P

8、FM）、脈沖調(diào)位（PPM）及脈沖調(diào)寬（PW1）等類型。脈沖編碼調(diào)制（PCM）是先將連續(xù)的模擬信號(hào)通過抽樣、量化和編碼，轉(zhuǎn)換成一組二進(jìn)制脈沖代碼，用幅度和寬度相等的矩形脈沖的有、無來表示，再將這一系列反映數(shù)字信號(hào)規(guī)律的電脈沖加在一個(gè)調(diào)制器上以控制激光的輸出。這種調(diào)制形式也稱為數(shù)字強(qiáng)度調(diào)制。1.3半導(dǎo)體激光器的調(diào)制方式半導(dǎo)體激光器的激光調(diào)制分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩類。間接調(diào)制是指加載調(diào)制信號(hào)在激光形成以后進(jìn)行的，即調(diào)制器置于激光諧振腔外，4:調(diào)制器上加調(diào)制信號(hào)電壓，使調(diào)制器的某些物理特性發(fā)