激光二極管(LD)的工作原理基于受激輻射發(fā)光，通過電流注入在有源區(qū)產(chǎn)生光子，并在諧振器內(nèi)反射形成激光。? 激光二極管的結(jié)構(gòu)包括P型和N型半導體，中間是一個未摻雜的本征半導體區(qū)域。當正向偏壓施加時，電子和空穴被注入到有源區(qū)，電子從導電帶跳至價帶與空穴復合，釋放出光子。這個過程涉及吸收、自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射三種機制。受激發(fā)射是激光二極管產(chǎn)生激光的關(guān)鍵過程，每個入射光子能誘導出兩個同相位、同波長的光子。?12激光二極管的發(fā)射過程需要超過一定的閾值電流，低于閾值電流時，二極管表現(xiàn)為發(fā)光二極管(LED)，發(fā)出非相干光。當電流超過閾值時，光子在有源層內(nèi)被放大，并在諧振器內(nèi)反射，形成激光束。這種反射和產(chǎn)生越來越多的光子的過程產(chǎn)生非常強烈的單一波長的激光束。
激光二極管在電力電子和通信領(lǐng)域有廣泛應用，如信號傳輸、光纖通信、光盤讀寫和自動化傳感器等。盡管激光二極管對溫度和光反饋敏感，且成本較高，但其快速響應和高量子效率使其在高精度應用中顯著優(yōu)于LED。激光二極管中的P-N結(jié)由兩個摻雜的砷化鎵層形成。它有兩個平端結(jié)構(gòu)，平行于一端鏡像(高度反射面)和一個部分反射。要發(fā)射的光的波長與連接處的長度正好相關(guān)。當P-N結(jié)由外部電壓源正向偏置時，電子通過結(jié)而移動，并像普通二極管那樣重新組合。當電子與空穴復合時，光子被釋放。這些光子撞擊原子，導致更多的光子被釋放。隨著正向偏置電流的增加，更多的電子進入耗盡區(qū)并導致更多的光子被發(fā)射。最終，在耗盡區(qū)內(nèi)隨機漂移的一些光子垂直照射反射表面，從而沿著它們的原始路徑反射回去。反射的光子再次從結(jié)的另一端反射回來。光子從一端到另一端的這種運動連續(xù)多次。在光子運動過程中，由于雪崩效應，更多的原子會釋放更多的光子。這種反射和產(chǎn)生越來越多的光子的過程產(chǎn)生非常強烈的激光束。在上面解釋的發(fā)射過程中產(chǎn)生的每個光子與在能級，相位關(guān)系和頻率上的其他光子相同。因此，發(fā)射過程給出單一波長的激光束。為了產(chǎn)生一束激光，必須使激光二極管的電流超過一定的閾值電平。低于閾值水平的電流迫使二極管表現(xiàn)為LED，發(fā)出非相干光。
何謂注入電流-光輸出 (I-L) 特性?
下圖是注入電流-光輸出 (I-L) 特性。
如果激光二極管通過放大得到的增益(Gain)高于內(nèi)部損耗和磁鏡損耗，則產(chǎn)生振蕩。即存在振蕩電流閾值。
最大輸出受到扭折(電流-光輸出直線的折彎)、COD(端面光破壞)、溫度引起的熱飽和等的限制。
注入電流-光輸出 (I-L) 特性：測量方法
測量激光二極管的光輸出時使用光功率計。
設(shè)置受光面時，使激光的所有光束都入射到光功率計的受光面上。
將受光面相對光軸傾斜5~20°，以避免來自光功率計受光面的反射光返回到激光二極管。
I-L特性表示正向電流 (IF) 和光輸出 (PO) 的關(guān)系，可讀取閾值電流 (Ith) 和工作電流 (Iop) 。
監(jiān)視電流 (Im) 是用內(nèi)置的光電二極管監(jiān)視從激光芯片后面射出的激光時的輸出電流。
【測量示意圖】
注：
因為這些測量受溫度影響很大，所以請在激光二極管上安裝散熱板，使用溫度控制器在控制殼體溫度的狀態(tài)下測量。
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