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一月 5 2021

激光二极管的原理与结构


目录

1.工作原理
2.内部结构

  激光二极管是上世纪60年代发明的一种光源半导体激光器,又称镭射管(Laser Diode)。LASER是取"Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(基于受激发射的光放大)"的首字母组成的缩写单词,通常简称为LD。包括单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低,输出功率高的优点,是市场应用的主流产品。由于可产生波长及相位等性质完全一样的光,因此相干性高是其最大特点。下面来看看其的原理与结构:

激光二极管

激光二极管

  1.工作原理

  如图1所示,激光二极管中的P-N结由两个掺杂的砷化镓层形成。它有两个平端结构,平行于一端镜像(高度反射面)和一个部分反射。要发射的光的波长与连接处的长度正好相关。当P-N结由外部电压源正向偏置时,电子通过结而移动,并像普通二极管那样重新组合。当电子与空穴复合时,光子被释放。这些光子撞击原子,导致更多的光子被释放。随着正向偏置电流的增加,更多的电子进入耗尽区并导致更多的光子被发射。最终,在耗尽区内随机漂移的一些光子垂直照射反射表面,从而沿着它们的原始路径反射回去。

  反射的光子再次从结的另一端反射回来。光子从一端到另一端的这种运动连续多次。在光子运动过程中,由于雪崩效应,更多的原子会释放更多的光子。这种反射和产生越来越多的光子的过程产生非常强烈的激光束。在上面解释的发射过程中产生的每个光子与在能级,相位关系和频率上的其他光子相同。因此,发射过程给出单一波长的激光束。为了产生一束激光,必须使激光二极管的电流超过一定的阈值电平。低于阈值水平的电流迫使二极管表现为LED,发出非相干光。

激光二极管原理图

  图1 激光二极管原理图

  简单来说,如图2所示,利用注入电流产生的光在2片镜片之间往返放大,直至激光振荡。因此,激光二极管也可以说成是一个通过反射镜将光放大的发光LED。

激光二极管的发光示意图

  图2 激光二极管的发光示意图

  2.内部结构

  以当前市面上最常见这种激光二极管实物为例,说明一下激光二极管的大致构造情况:

激光二极管内部结构图

  图3 激光二极管内部结构图

  由图3可见,激光二极管LASER内包括四个部分:第一部分是激光发射部分(可用LD表示),它的作用是发射激光;第二部分是光电二极管,是激光的接收反馈器(可用PD表示),它的作用是接收、监测LD发出的激光(当然,若不需监测LD的输出,PD部分则可不用),此外这两个部分还要一个共用公共电极。因此,通常激光二极管有三个电极;第三部分是玻璃盖片做的镜头,其作用是防尘还有谐振腔的用途;第四部分是金属外壳,主要固定、屏蔽外界干扰信号和散热的作用。

  以上就是激光二极管的原理与结构介绍了。由于激光二极管发射的激光有可能对人眼造成伤害,所以二极管在工作时,严禁直接注视其端面,不能透过镜片直视激光,也不能透过反视镜观察激光。

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