Littrow結構光柵外腔半導體激光器

1、一、半導體激光器的組成及其激光產(chǎn)生原理二、激光二極管產(chǎn)生激光的特點三、外腔結構四、機械設計五、電流控制恒流源六、溫度控制一、半導體激光器的組成及其激光產(chǎn)生原理1、組成 增益介質：半導體材料，主要有GaAs、InP、CdS、ZnS等 泵浦源：電注入、電子束激勵和光泵浦三種主要激勵方式 諧振腔：半導體晶體中垂直于PN結平面的兩個解理面（也可以是經(jīng)過拋光的平面）作為反射鏡構成諧振腔2、激光產(chǎn)生條件實現(xiàn)粒子數(shù)反轉、滿足閾值條件和諧振條件（1）、粒子數(shù)反轉：通過一定的激勵方式，使半導體物質的導帶底層電子數(shù)遠大于價帶頂層電子數(shù)。在電注入方式下：選用重摻雜的P型與N型材料，給PN結加一個足夠大的正向偏壓。（

2、2）、閾值條件：)(G（增益大于損耗）A、粒子數(shù)反轉程度越高，增益系數(shù)越大摻雜程度足夠大，激勵電流足夠大B、損耗來源于多方面，一般是腔長越長損耗越大。對于給定的半導體激光管，要滿足閾值條件就是要有足夠大的激勵電流閾值電流（3）、諧振條件：2qL IAB激光PNL圖1 激光二極管內(nèi) 激光的產(chǎn)生二、激光二極管的特點1、優(yōu)點：體積小、重量輕、運轉可靠、耗電少、壽命長、效率高等2、缺點：激光性能受溫度影響大、光束發(fā)散角大（幾到二十度范圍）、激光的方向性、單色性和相干性比較差外腔結構壓窄線寬調(diào)實現(xiàn)激光頻率的連續(xù)可三、外腔結構1、由激光二極管、準直透鏡和閃耀光柵組成000入射光一級光原路返回零級光出射d圖

3、2 外腔結構示意圖0002sin2qLd2、需滿足方程： 一級閃耀 諧振條件（1）從激光二極管中出射的光波長范圍很大，但是波長滿足式的光會發(fā)生一級閃耀，原路返回。（2）腔長滿足式，則返回的光與激光管內(nèi)發(fā)出的光諧振。（3）對于零級光，光程差：0sinsin00ddL00k即： 也就是說，在零級這個方向上任意波長的光都可以出射各波長的零級譜線是重合的。然而由于只有發(fā)生一級閃耀的光被諧振放大，所以從零級方向出射的光，該波長的占主導，為激光。閃耀光柵相當于一個半透半反鏡，一級“反”，零級“透”。四、機械結構五、電流控制恒流源 由于半導體激光器具有二極管的特性，對于驅動電源來說是一個非線性負載。 而發(fā)光

4、功率隨著驅動電流的增大而增大。 為了保證電源供電的安全、可靠、穩(wěn)定以及低電壓大電流，需要一個恒定電流源。恒定電流源的電路原理圖六、溫度控制 1、溫度對半導體激光器穩(wěn)定度的影響 （1）閾值電流隨溫度升高而明顯增大； （2）溫度上升造成激光峰值波長向長波方向漂移； （3）激光管壽命隨溫度的升高呈指數(shù)規(guī)律下降； （4）溫度變化引起外腔光程長度的改變，導致激光器工作模式的不穩(wěn)定。2、PID溫度控制電路（1）原理：探測器電信號與預先設置的電 信號做比較差值信號信號處理驅動制冷器溫度信號（2）關鍵元器件A、負溫度系數(shù)熱敏電阻：電阻值隨溫度的增大而減小。B、半導體制冷器（3）PID溫控電路圖PID電路的功能： P+I使系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差； P+D改善系統(tǒng)的動態(tài)特性；使得電路系統(tǒng)能夠準確快速地測得周圍的溫度并給出調(diào)控。2、激光產(chǎn)生條件實現(xiàn)粒子數(shù)反轉、滿足閾值條件和諧振條件（1）、粒子數(shù)反轉：通過一定的激勵方式，使半導體物質的導帶底層電子數(shù)遠大于價帶頂層電子數(shù)。在電注入方式下：選用重摻雜的P型與N型材料，給PN結加一個足夠大的正向偏壓。二、激光二極管的特點1、優(yōu)點：體積小、重量輕、運轉可靠、耗電少、壽命長、效率高等2、缺點：激光性能受溫度影響大、光束發(fā)散角大（幾到二十度范圍）、激光的方向性、單色性和相干性比較差外腔結構壓窄