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1、第5章光纖通信-有源器件 光纖技術(shù)專題專題一：半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體發(fā)光二極管p61專題二：光纖激光器專題三：光纖放大器p76半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器是以一定的半導(dǎo)體材料做工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用的器件。其工作原理是，通過(guò)一定的激勵(lì)方式，在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶(導(dǎo)帶與價(jià)帶)之間，或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)(受主或施主)能級(jí)之間，實(shí)現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵(lì)式。電注入式半導(dǎo)體激光器
2、，一般是由GaAs(砷化鎵)，InAs(砷化銦)，InSb(銻化銦)等材料制成的半導(dǎo)體面結(jié)型二極管，沿正向偏壓注入電流進(jìn)行激勵(lì)，在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。光泵式半導(dǎo)體激光器，一般用N型或P型半導(dǎo)體單晶(如GaAs,InAs,InSb等)做工作物質(zhì)，以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵(lì)。高能電子束激勵(lì)式半導(dǎo)體激光器，一般也是用N型或者P型半導(dǎo)體單晶(如PbS，CdS，ZnO等)做工作物質(zhì)，通過(guò)由外部注入高能電子束進(jìn)行激勵(lì)。在半導(dǎo)體激光器件中，目前性能較好，應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極管激光器。半導(dǎo)體激光器
3、半導(dǎo)體激光器發(fā)展現(xiàn)狀半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管(LD)。進(jìn)入八十年代，人們吸收了半導(dǎo)體物理發(fā)展的最新成果，采用了量子阱(QW)和應(yīng)變量子阱(SL-QW)等新穎性結(jié)構(gòu)，引進(jìn)了折射率調(diào)制Bragg發(fā)射器以及增強(qiáng)調(diào)制Bragg發(fā)射器最新技術(shù)，同時(shí)還發(fā)展了MBE、MOCVD及CBE等晶體生長(zhǎng)技術(shù)新工藝，使得新的外延生長(zhǎng)工藝能夠精確地控制晶體生長(zhǎng)，達(dá)到原子層厚度的精度，生長(zhǎng)出優(yōu)質(zhì)量子阱以及應(yīng)變量子阱材料。制作出的LD，其閾值電流顯著下降，轉(zhuǎn)換效率大幅度提高，輸出功率成倍增長(zhǎng)，使用壽命也明顯加長(zhǎng)。 用于信息技術(shù)領(lǐng)域的小功率LD
4、發(fā)展極快。例如用于光纖通信及光交換系統(tǒng)的分布反饋(DFB)和動(dòng)態(tài)單模LD、窄線寬可調(diào)諧DFB-LD、用于光盤等信息處理技術(shù)領(lǐng)域的可見(jiàn)光波長(zhǎng)(如波長(zhǎng)為670nm、650nm、630nm的紅光到藍(lán)綠光)LD、量子阱面發(fā)射激光器以及超短脈沖LD等都得到實(shí)質(zhì)性發(fā)展。這些器件的發(fā)展特征是：?jiǎn)晤l窄線寬、高速率、可調(diào)諧以及短波長(zhǎng)化和光電單片集成化等。半導(dǎo)體激光器發(fā)展現(xiàn)狀高功率LD1983年，波長(zhǎng)800nm的單個(gè)LD輸出功率已超過(guò)100mW，到了1989年，0.1mm條寬的LD則達(dá)到3.7W的連續(xù)輸出，而1cm線陣LD已達(dá)到76W輸出
5、，轉(zhuǎn)換效率達(dá)39%。1992年，美國(guó)人又把指標(biāo)提高到一個(gè)新水平：1cm線陣LD連續(xù)波輸出功率達(dá)121W，轉(zhuǎn)換效率為45%?，F(xiàn)在，輸出功率為120W、1500W、3kW等諸多高功率LD均已面世。高效率、高功率LD及其列陣的迅速發(fā)展也為全固化激光器，亦即半導(dǎo)體激光泵浦(LDP)的固體激光器的迅猛發(fā)展提供了強(qiáng)有力的條件。近年來(lái)，為適應(yīng)EDFA和EDFL等需要，波長(zhǎng)980nm的大功率LD也有很大發(fā)展。最近配合光纖Bragg光柵作選頻濾波，大幅度改善其輸出穩(wěn)定性，泵浦效率也得到有效提高。特點(diǎn)及應(yīng)用范圍半導(dǎo)體二極管激光器是實(shí)用中最
6、重要的一類激光器。它體積小、壽命長(zhǎng)，并可采用簡(jiǎn)單的注入電流的方式來(lái)泵浦其工作電壓和電流與集成電路兼容，因而可與之單片集成。并且還可以用高達(dá)GHz的頻率直接進(jìn)行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出。由于這些優(yōu)點(diǎn)，半導(dǎo)體二極管激光器在激光通信、光存儲(chǔ)、光陀螺、激光打印、測(cè)距以及雷達(dá)等方面以及獲得了廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體發(fā)光二極管半導(dǎo)體發(fā)光二極管(lightemittingdiode，LED)發(fā)射的是自發(fā)輻射光（非相干光）。大多采用雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，把有源層夾在P型和N型限制層間，但沒(méi)有光學(xué)諧振腔，故無(wú)閾值。LED分為正面發(fā)光型和側(cè)面發(fā)
7、光型，側(cè)面發(fā)光型LED的驅(qū)動(dòng)電流較大，輸出光功率小，但光束發(fā)射角小，與光纖的耦合效率高，故入纖光功率比正面發(fā)光型LED高。半導(dǎo)體發(fā)光顯示器件（LED）WhatisLED?Lightemittingdiodes,commonlycalledLEDs,areusedfordozensofdifferentapplicationsandarefoundinallkindsofdevices(digitalclocks,remotecontrols,lightupwatchesandtellturnedonindicator)
8、.TelevisionscreenP-N結(jié)發(fā)光原理發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)球透鏡環(huán)氧樹(shù)脂P層有源層N層發(fā)光區(qū)(a)正面發(fā)光型微透鏡P型限制層有源層波導(dǎo)層N型限制層(b)側(cè)面發(fā)光型LED的光譜特性發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光，沒(méi)有光學(xué)諧振腔對(duì)波長(zhǎng)的選擇，譜線寬，短波長(zhǎng)LED譜線寬度為30～50nm。長(zhǎng)波長(zhǎng)LED的譜線寬度為6～120nm
