欧洲杯-米乐M6官方网站半导体激光器实验

　　现以砷化镓（GaAs ）激光器为例，介绍注入式同质结激光器的工作原理。半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带（对应较低能量）。与价带最近的高能带称导带，能带之间的空域称为禁带。当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中可以自由运动而起导电作用。同时，价带中失掉一个电子，则相当于出现一个带正电的空穴，这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电作用，统称为载流子。掺杂半导体与p-n 结。没有杂质的纯净半导体，称为本征半导体。如果在本征半导体中掺入杂质原子，则在导带之下和价带之上形成了杂质能级，分别称为施主能级和受主能级

　　中给出了典型的半导体激光器的典型特性示意图，其中的曲线是输出光功率和工作电流的关系（实线），虚线是对功率和电流的关系一次求导的结果，划线是对功率和电流的曲线的二次求导的结果。一般对阈值的描述常用的有下述几种过程：a ，在P-I 曲线的快速上升断上取其中的线性部分延长线与横坐标的交点；b ，把荧光部分和激光部分分别近似看成两条直线，那么两条直线的交点就是阈值；c ，在dP-dI 的曲线％两点的中点）；d ，d 2P/dI 2的顶点作为阈值点。 (2)发散角

　　根据半导体激光器的V －I 工作曲线欧洲杯-米乐M6官方网站，可以求出半导体激光器的另外两个重要的内参数：截止电压和串联电阻。我们都知道，半导体激光器的工作电压是恒定的，而V －I 工作曲线存在一定斜率，这是激光器固有的串联电阻决定的，它产生的功率主要以热形式释放。可见，作为激光器的一个品质参数，串联电阻应该越小越好。反向延长V －I 曲线与坐标轴相交便可得到激光器的截止电压(V j ),它与阈值电流（I th ）有关，I th 越低，性能越好。 (4)效率

　　式中A 为激光振荡的复振幅，w 为调制的角频率，

　　为调制的相位角。模拟激光调制可分为调幅、调频和调相等类型。按载波的振荡输出方式不同又可分为连续调制、脉冲调制和脉冲编码调制等。脉冲调制主要分为脉冲调幅（PAM ）、脉冲强度调制（PIM ）、脉冲调频（PFM ）、脉冲调位（PPM ）及脉冲调宽（PWM ）等类型。脉冲编码调制（PCM ）是先将连续的模拟信号通过抽样、量化和编码，转换成一组二进制脉冲代码，用幅度和宽度相等的矩形脉冲的有、无来表示，再将这一系列反映数字信号规律的电脉冲加在一个调欧洲杯-米乐M6官方网站制器上以控制激光的输出。这种调制形式也称为数字强度调制（PCM ／IM ）。

　　上图给出了直接光强度调制的原理示意图，其中纵坐标为半导体激光器输出功率，横坐标为半导体激光器工作电流，每个图形下面的曲线是要调制的电流信号，右边是调制后输入的光电流信号。（a），是正常模拟信号传输时的工作状态，从图中可以看出输入信号和输出信号失真度很小，注意这种状态下的工作点基本位于线性工作区的中间点。（b），是工作在截至区的特性，由于工作电偏低，所以有一部分信号畸变很大，造成信号失真。（c）工作在饱和区（注：任何半导体激光都会有一个电流上限，从保护和激光器寿命的考虑，设计电路时限流点都会小于这个电流上限的20～40%左右）。（d），数字信号传输的工作状态，在a图中，大家可以看到，输入电流的最小值的时候，仍然有光输出，但是在数字电路中，如果“0”数据仍然有光输出，那么在判别“1”和“0”的时候，可能就会引入误判断（技术上称作误码，详见选作部分――下一页的黑体字部分）。所以数字电路的工作状态是“0”位于截至区附近（主要考虑下面几个方面：阈值附近可以大大减小电光延迟时间，同时使张驰振荡得到一定程度的抑制；较小的调制电流可以得到足够的输出光脉冲，从而可以减小码型效应和结发热效应；低的消光比可以得到小的误码率；等等）。