半导体激光器的主要参数1.ppt
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1、上节课回顾: 1、跃迁速率与爱因斯坦关系; 2、半经典理论求解B12; 3、净受激发射的条件; 4、增益系数,阈值条件和增益分布,此时建立起粒子数的反转分布,吸收系数就变为负的,半导体材料由光吸收介质变成了增益媒质。它可以使频率处在增益带宽范围内的光辐射得到放大。增益系数为:,但这只是提供了产生激光的前提条件,要实际获得相干受激辐射,必须将此增益介质置于光学谐振腔内,使光波在两个腔面反射镜之间通过增益介质来回反射面得到放大。如果光增益超过谐振腔引起的光损耗及其他损耗之总和,则贮存在腔内的光场将不断增加;同时光增益是能够饱和的,它会使光放大系数减小。下面讨论与此相关的一些问题。,rst(E21)
2、:受激发射率,在该系统中能够形成自持振荡的条件是:当波在两个腔面间经过多次反射回到原处时,波的振幅至少应等于起始值,波的相位一致。,ai是内部损耗系数,通常是由自由裁流子吸收和光学不均匀散射引起的,g为增益系数。,自持振荡的条件,阈值增益为:,1、振幅,半导体和空气界面处的功率反射系数R为:,2、振荡的相位条件,即形成稳定振荡的驻波条件,光子在谐振腔内来回一次所经历的光程必须是波长的整数倍。当增益介质的折射率nR和腔长L一定时,每一个g值就对应着一个振荡频率或波长,或者说对应着一个振荡的纵模模式。对式(1) 取微分后得到:,(1),对应于相邻的纵模间隔,取:,色散项,自持振荡的条件,该式表明,
3、纵模间隔与腔长成反比。半导体激光器的腔长很短,所以它的模间隔比气体和固体激光器要大得多。但 (2)表示的只是谐振腔所允许存在的纵横,它是一个无穷的系列,究竟激光器中能出现哪些纵模,还要由激光介质的增益谱宽和增益谱展宽机制等条件来决定。只有那些增益达到阂值条件而又被谐振腔允许的波长才能形成激光振荡。,(2),增益谱计算,式中,常数a0(E21)表示绝对零度时的吸收。温度和激励水平的影响包含在(fcfv)中。若fcfv,则a0(E21)为负,吸收介质变为增益介质,以受激发射为主。若fcfv ,则a0(E21)为正,主要发生受激吸收利用增益的定义义可以写出:,随着激励水平增加,能带中载流子数增加,增
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