光盘技术01-3.doc

122 光学基础作为波的光的性质在几何光学中，将光作为光线进行考虑，因此表现出折射与反射的现象，几何光学不认为光是波动的，应用于与光线近似的，实用上不存在问题的对象中。例如：象自然光这种没有相干性的光（称为不相关光）的成像与光线十分接近，但是在应用象激光那样具有一定的相干性的光（称为相干光）的场合下，就不能将光作为光线而应将它作为波来考虑了。光是电磁波的一种，通过光的波动来说明光的各种现象的领域称为波动光学。波动光学大致可分为干涉、衍射和偏光3个领域。下面将要说明的是光的波动现象以及在光检取器的理解重要的概念双重折射。（1）干涉 波动有纵波与横波。纵波是指波动方向与前进方向的一致的波。横波是指波动与前进方向成直角的波。光属于横波，如图1.16所示，从光源S发出的光一边振荡一边沿箭头方向前进。图中所示，光一边在振动强到振动弱的区域中往返振荡一边前进。设这种波动为，则U可用式（1-10）表示， （1-10） 光的干涉现象是指当这种波动的光重叠时，振峰重叠的地方就更强，峰与谷重叠的地方就减弱。例如从光源S发出的光由半透镜分为二股，通过其它光路又在P点重合（图1.17）。 这时二股光路的光程差用式（1-11）表示， （1-11） 设光的波长为，当为的偶数倍时，P点的光互相加强，P点就更亮了（这时波峰与波峰一致）。若是的奇数倍，则光互相削弱，P点变暗了（这时波峰与波谷重合）。综合如式（1-12）所示， （1-12） 综上所述，干涉现象是由光的波动性引起的，因2股光的光程差而产生明暗现象，其明暗变化是以波长为基准的，与之前存在式（1-12）所示的关系。（2）衍射 在几何光学中，光是一直向前的，如果遇到障碍物就会出现影子，但光是波动的，不遵从直进的法则，会出现绕过影子部分的现象，这种现象称为衍射。 具体如图1.18所示，使光径开孔处射入，在开孔以外本应是影子的部分，光线绕进来了。 图1.19是通过边缘产生衍射的实例，从图右边可知，在应成为影子的部分也绕进了很多光，另外在不是影子的部分产生了微细的干涉图案，这时由边缘衍射的波与直进的波产生的干涉现象造成的。 在光盘存储器中，预先格式化系统利用细微的符号（凹部）产生的衍射，读出信息。（3）偏光 光是振动方向与前进方向相垂直的横波，如图1.20所示，当光在空气或各向同性媒体中前进时，作为电磁波的光中的电振荡E和磁振荡H是并行向前的，因此虽然后面我们只就电振荡进行说明，但请不要忘了同时还存在磁振荡。 如图1.21(a)所示，电振荡可分解为轴方向的振荡成分及轴方向的振荡成分，其关系如式（1-13）所示， （1-13）可表示为、的向量合成。 当、方向的振荡同相时，即两者的相位差为0时，其合成振荡如图1.21(b)所示,这时即使光在前进，其振动方向也不会变化，这种情况称为直线偏光。 当、振荡的相位差为45时，其合成振荡如图1.22(b)所示，随着光的前进其方向发生变化，这时从前进方向可观测到振荡的轨迹呈椭圆形，称为椭圆偏光。图1.23中显示的是为90的情况，这种情况称为圆偏光。 以上所述的是光作为电磁波从振动方向着眼所考虑的偏光现象，在光磁盘存储器中是通过检出信息的偏光不同进行信息读取的。（4）双折射 在象玻璃、塑料之类的物质中，光的传播在各个方向是相等的，这种物质称为各向同体或各向同性介质。射入各向同体的光线遵守斯内尔定律（snell）进行折射，还有一些结晶体当光线射入后，光线在介质中分为两种不同的折射光进行传播，这种现象称为光学上的各向异性或双重折射性。双重折射是由于光在并行的两种偏光介质中的传播速度，即折射率不同而产生的。 在各向异性的结晶体内，折射光不产生双重折射的方向称为结晶的光轴。折射光只要沿光轴前进就不会改变偏光的状态，即对于沿光轴方向传播的光，双重折射性的结晶与各向同性的结晶作用相同。 在显示出双重折射性物质中的折射光，其传播方向和光线速度随入射角度的变化而变化，这时称传播方向与光线速度遵守斯内尔定律的直线偏光为正常光线，而不遵守斯内尔定律的直线偏光为异常光线。异常光线的光线速度随光线在物质中的前进方向而变化。 我们称包含结晶的光轴和入射光进行方向的面为主断面，正常光线是以与主断面垂直的方向振荡的直线偏光，其传播速度与方向无关是固定的。异常光线的振荡方向与正常光线的振荡方向垂直，因此它是与主断面平行的直线偏光，传播速度随方向变化。 异常光线一般是沿脱离入射面（包含入射光与正常光线的面）的方向传播的，但当入射面与主断面一致时，正常光线、异常光线均在入射面内，因此当以某种角度射入结晶的光的振动方向在结晶中被分为垂直与平行的部分时，这两股光就呈现出双重折射性。123 激光的特性 （1）高斯射束 如图1.24所示，半导体激光的输出射束的断面（横）方向的强度分布大致呈高斯分布状态，称为高斯射束。高斯射束的重要特征就是断面方向强度分布的形状与射束的传播位置无关，均呈相同的形状，其强度分布可由式（1-14）表示， （1-14） 将达到中心强度的的直径称为光点尺寸（或光束直径），其中包含全光量的86.5%。 如图1.25所示，光束的光点尺寸（激光光束直径）呈双曲线形传播，光点尺寸达到最小值的位置称为射束中点（beam waile）。在射束中点波面是平面，而在其它位置呈现的是曲率半径为的球面波，式（1-15、1-16）表示了光是如何从射束中点扩展的，其关系见图1.25， （1-15） （1-16）在距射束中点充分远的地方，光点尺寸以接近的关系进行扩散。 式（1-17、1-18）表示了高斯射束可集光到什么地方， （1-17） （1-18）式中设在某点的光点尺寸为，波面曲率半径为，最小光点尺寸为，到光束中点的距离为。（2）高斯射束通过透镜后的性质（在透镜孔径很大、激光射束不会被实质上截取的情况下） （）光点尺寸：激光在几何光学上是无像差的，但用透镜集光形成的成像光点的大小不会为0。这是因为光是波动的，存在衍射现象。在忽略厚度的薄透镜中，入射的高斯射束的波面会发生变换，但光点尺寸不变。在图1.26 中，设紧靠透镜左侧的波面曲率半径为，紧靠右边的为，透镜的焦距为，则波面的变换可由式（1-19）给出， (1-19)即使是在厚透镜或透镜系统中，如果引入了主平面和合成焦点距离的思想，也可以用在几何光学中所述的方法进行同样的处理。如图1.27所示，设输入的波面为平面（强度为高斯分布），即在图1.26中的为无限大，因此波面曲率半径和透镜的焦点距离相等。 在光盘系统的对物透镜中，因为 所以图1.27的射束光点尺寸2W0可用式（1-20）表示。由此可见，虽然激光没有像差，但因衍射光点会扩大，其大小可由光的波长和射出角决定。 （）深度：集光后高斯射束的光点大小是很重要的，但集光点前后的强度对于了解焦点偏移的影响程度也是很重要的，我们将光轴上强度分布为最大值的80%或50%的像面到最大值像面（射束中点）的距离定义为深度Z0.8或Z0.5 高斯射束其强度分布在任何传播位置都是相似的，强度分布的峰值I与光点尺寸的平方成反比，因此设图1.25中射束中点（Z=0）的强度峰值为I0，则由式（1-15）可得式（1-21）。 深度Z0.8和Z0.5可由式（1-22）计算得到，将其代入式（1-20）可得式（1-23）。 由此可知，射出角越大，深度越浅。 （3）由圆形开孔引起的截取 透镜的开口口径是有限的，所以射束的周围部分当然会出现截取（truncation）现象。在光盘中一般采用的方法是加粗向物镜的入射光束，增多截取。图1.28显示了高斯光束入射物镜的射束情况。 截取的效果是，若透镜缩小，光的损失就增加，光点尺寸变大，深度增大，另外如果使入射的高斯光束增粗，截取增加，相应地光的损失就增多，然而就更接近平面波，产生同心圆装的光轮，光点变小，深度变浅。 （）透射率 定义光点尺寸为2Wa的高斯射束，被半径为a的圆形开孔对称，遮挡时的透射率为T，截取的系数m为m=a/wa，则T可用式（1-24）表示，可计算出与光点尺寸半径相同的开孔（m=1）时的透射率为86.5%。 （）强度分布：高斯射束集光后，仍呈高斯分布，随开孔的增加截取就增多。当截取系数m的值接近0时，其强度分布呈现出与平面波（强度分布在波面中是一定的）集光时产生的同心圆状的光轮所具有的强度分布相似的情形。 设中心（光轴）处的强度分布规格化为1，则通过圆形开孔使平面波成像时的光点的强度分布，可用式（1-25）表示，这个式子表示了具有称为Airg图形的半凸（side rope）的光点的形成过程，其形状如图1.29所示，光点尺寸W0由式（1-26）表示。 最初Z（r）为0时的半径r0为0.61/NA，这个半径称为Airy光盘半径，在这个半径中包含了全光量的83.8%。 （）光点尺寸；图1.30表示的是，有截取时的高斯射束中相对强度为50%和1/e2时的光点尺寸2W0.5m,2wem与无截取时的光点尺寸2W0.5，2We的比是截取的系数m的函数。由图1.30可知，若透镜位置的光点尺寸2Wa一定，则缩小透镜使截取系数m减小，光点强度的相对分布就相应扩大。 另外，用平面波的光点尺寸2w将有截取的高斯射束的尺寸2Wm规格化后的值是m的函数。如图1.31 所示，由图1.31可知，在开孔半径一定的情况下，加大入射射束的光点尺寸2Wa则截取增大，若减小截取系数m，则光点就变小。当然m越小光点越小，则这会使透过透镜的光的比例减小，所以设计时应选择适当的m。 （）深度：因为高斯射束在传播位置的强度分布即使在有截取的情况下，仍然接近高斯分布，所以可以通过分布的峰值即在光轴上的分布了解整体的分布情况。 射束强度为80%和50%时的值Z，即深度Z0.8m，Z0.5m的值与没有截取时的Z0.8m，Z0.5m的比可表示为m的函数。如图1.32所示，缩小透镜，截取增加，深度随之增加。 对于相同的口径a，有截取时的高斯射束的深度Z0.8m，Z0.5m与平面波的深度Z0.8m，Z0.5m的比，用m的函数可表示为图1.33所示的图形。由图可见，截取很大时，其比接近1，即与平面波的深度相等。 （4）介质的折射率与光点尺寸的关系； 下面求一下，介质的折射率n发生变化，高斯射束从射束中点离开时，在真空和空气中同一光点尺寸的关系表达式。 设真空中的波长为V，与射束中点的距离（机械性距离）为ZV，在折射率为n的介质中的波长和距离为m,Zm,则由式（1-15）可得式（1-27），由此可知，在折射率为n的介质中前进了机械距离Zm时的光点尺寸，可在真空中ZV=Zm/n的位置获得。式（1-27）表示，高斯射束通过折射率为n、厚度为t的介质后，所得的光点尺寸与通过t/n厚度的真空或空气时的光点尺寸相同。1.2.4 光检取器的光学部分部件 （1）半导体激光器的原理与结构 在光盘表面要将光点集光到衍射的界限，则需要相干光源，半导体激光器（Laser Diode:LD），因为体积小且能够对光进行打开和关闭（调制），所以是减小装置体积时所不可缺少的器件，不过与以前的He-Ne激光器相比，半导体激光器存在以下缺点：是长波长出射图形在结合面的垂直和水平方向不同输出和振荡波长随温度变化在外部条件下会产生噪音。因此在设计使用时必须充分考虑这些问题。 众所周知，原子和分子内的能量具有很多离散的值（能级），当从某一能级E1的状态移到其它能级E2的状态时，就会吸收或放出与能级差成比例振荡数的光，这一关系可以由式（1-28）表示。 移动能级的过程中有共振吸收、自然放射、诱导放射等方法。 所谓共振吸收是指当与由式（1-28）所给定的频率相等或相近的光射入半导体内时，电子吸收光能从低能级向高能级迁移的现象。 所谓自然放射是指当半导体内的电子从高能级向低能级迁移时，放射出具有由式（1-28）给定的频率的光的现象，产生这种现象时，由于位于高能级的大量电子放射光时的时间关系不同，所以光波的相位差不一致，也就是说通过自然放射现象只能放射不相干光。 半导体激光器利用的是诱导放射。诱导放射是指，通过入射光诱导半导体内的电子从高能级迁移到低能级，这时由式（1-28）所得的放射光与入射光同相位、同频率，也就是得到了相干光的现象。在热平衡状态，由于处于低能级的电子多，更容易产生共振吸收，光会发生衰减，而在半导体激光器中，通过注入电流使位于高能级的电子数增多，从而发生诱导放射。诱导放射的概念图如图1.34 所示。 半导体激光器作为振荡器，其功能不仅是通过诱导放射得到相干光，如图1.35所示，它还具有将两片反射镜相对（在半导体激光器中将结晶的劈开面作为反射镜）对光进行反馈的功能。将电流注入由反射镜构成共振器的半导体中，于是高能级的电子增多，开始时是不相干的自然放射光增加，但经反复反射，向没有反射镜方向前进的光就向共振器外发出，在诱导放射增强，光在反射镜之间往返反射的过程中，自然放射光中就只剩下与共振器的共振模式一致的光，这些光又进一步诱起更多的由诱导放射发出的光，当被诱起的相干光的光量与半导体内吸收及从反射镜透过而丢失的光量取得平衡时，就出现振荡状态，从半导体激光器中放射的激光就是在这种情况下透过反射镜的光。 为了理解半导体激光器的构造，首先有必要了解半导体的基本种类及其电流的流动方法。 半导体能级的情形如图1.36所示，能具有电子的能级用横线表示，其中还有电子不能具有能量的禁止带，在最低能量状态，电子全部集中在下部的能带中，上部的能带全部空着，因此在这种状态下，即使通过电场给电子加速，由于不能越过禁止带达到上部的能带，所以电子是不能动的。 但在禁止带较狭的时候，温度上升就能够将低能带的电子激励到高能带的能级上去，这样一来，达到高能带的电子就能被自由加速；另一方面，在低能带中出现了没有电子的能级，因此在低能带的电子也能有部分被加速，从而形成电子的流动。电子被激励到高能带后，在低能带中形成了没有电子的地方即空穴，低能带中的电子为了填补这个空穴就产生移动，而在这个电子原来所在处又形成空穴，即随着电子的移动空穴也在移动，这个空穴实际是电子的空位，其运动与带正电荷的粒子（电子带负电荷）在外部电场中运动的情况一致，所以也成它为正穴。（图1.37） 上述的半导体中的动作是就没有加入杂质的，即所谓本性半导体而言的，不过对于禁止带大的固体，如果加入了杂质也可能产生电子的移动即电流。作为杂质掺入的原子的能级非常接近空的能带，如图1.38所示，这种固体在最低能量状态下，低能带和杂质的能级被电子占有，即使外加电场电子也不移动，但若温度上升，属于杂质原子的电子就被激励到高能带上，因为这种电子具有可移动的能级，因此可被电场自由加速，这种因杂质电子被激励而使电子可移动的半导体称为N型半导体。 另外如图1.39所示，若杂质原子的能级非常接近低能带，则这种固体在最低能量状态下，属于杂质原子的电子被收集在低能带中，温度升高，电子就被从低能带激励到杂质能级上，从而留下空穴，具有这种空穴的半导体称为P型半导体，也就是说在半导体中传递电流的是电子时，就是N型，是空穴时就称为P型。 在光盘中已实际使用的GaALA3半导体激光器的结构如图1.40(a)所示，是将放射光的Ga1-yALyAs活性层（xy）插入禁止带大的P型或N型Ga1-xALxAs金属包层中构成的，这种结构称为DH结构（Double Hetero-Structure）。如果使这种元件的P型金属层的电位高于N型金属层的电位，则各层的能级如图1.40(b)所示，于是电子向高电位一侧（正电位）、空穴向低电位一侧（负电位）流动，电子和空穴被注入活性层。 由于金属层的禁止带比活性层的要大，因此在活性层与金属层之间形成了电势势垒，电子和空穴被关在活性层中，从而使电子越过禁止带与空穴结合变得很简单（这种现象称为再结合）。如图1.40(c)所示，活性层的折射率比金属层要大，因此在活性层内产生的光在射入金属层时，若入射角达到某临界角以上，就会发生全反射，光又被关闭到活性层。因为电子、空穴和产生的光被关闭在活性层内，所以可以进行高效率的诱导放射。 （2）半导体激光器的振荡模式 如前所述，在半导体内部发生的光可用相对的反射镜面进行反复反射（图1.35）。因为镜面的长度（共振器的长度）比激光在共振器中的波长长很多，因此存在着多种共振模式，称之为纵模式，也就是说，光在共振器中往返发生干涉，从而产生驻波，因为构成驻波的条件很多，因此存在多种共振模式。 设共振器的长度为L，介质的折射率为n，激光的振荡输出波长为，则在共振器的介质中的波长为/n，形成驻波的条件为半波长的整数倍与共振器的长度相等，其关系如式（1-29）所示。图1.41说明了这一关系，即具有满足这一关系的波长的光有可能产生振荡。在半导体激光器中在由禁止带决定的波长附近有可能产生振荡，但因共振器的长度比波长长很多，即使波长稍有不同，使式1.29成立的条件也很多，所以就存在多种共振模式。 因半导体的禁止带的宽度随温度变化，所以振荡波长也会变化，在GaALAS型的激光器中，振荡波长约按0.3nm/ 的比例发生变化。 纵模式是由共振器长度、禁止带宽度等条件决定的。同样在活性层的厚度（垂直方向）和宽度（水平方向）也存在着由上述条件决定的模式，称之为横模式。 对于垂直方向的横模式，因为活性层与金属层之间存在折射率的差别，所以光被关闭在活性层中，随着活性层的变薄，不会产生多种模式，只能得到基本模式，而在活性层的水平方向由于限制了电流流动的区域，只在该区域产生激光的振荡，所以在水平方向的横模式中也只得到基本模式。为得到这种光的波导通路的结构称为条纹（stripe）结构，有各种设计方案。 图1.42中给出了Ga1-xALxAs系DH结合半导体激光器的具体结构的例子。图中向外部放射的激光放射角非常大，这时因为半导体激光器元件内部的激光向外发射时，由于衍射光扩大了，当元件内部的激光分布幅度比波长小或相同时，激光放射角就变大了。 （3）半导体激光器的特性 （）振荡波长：光盘用的半导体激光器最常见的是振荡波长在780nm附近的激光器，但从半导体激光器的制作的简单程度上考虑更长波长的（例830nm）的激光器也可使用。若从提高记录密度的角度考虑，光束直径小的短波激光器更受欢迎。 （）光束放束角：如图1.43所示，从半导体激光器发射的光束，扩大呈椭圆状，我们称在半导体激光器的发射面的光的强度分布为NFP（near field pattern）,远离激光器的面上的光强度分布为FFP(far field pattern)。 光发射的角度（全角）由发射面上射束的直径D决定，即式（1-30）的关系成立。如图1-25所示。 在He-Ne等其它激光器中发射面的尺寸大于激光波长，光可作为平面波处理，但在半导体激光器中由于衍射，会产生射束的扩散。 从上面的关系式可知，在NFP垂直横模式比水平横模式的幅度小，而FFP则相反。如图1.44所示，一般半导体激光器的射束放射角用半径全角表示，定义为和。作为光盘用半导体激光器，常用的为=2545、=815，即光束的放射角之比/约在1/41/2之间，不太象圆形射束。 （）偏光特性：在以理想的单一基本模式进行振荡的半导体激光器中，发射出具有与结合面平行的电场成分的直线偏光。但实际上，在与结合面垂直的方向也有偏光成分，这时因为出射光中含有自然发光成分，这种与结合面平行的偏光成分和垂直的偏光成分之比称为偏光比。目前这种偏光比约为100左右。 （）像散隔差：在活性层内不具有横向折射率分布结构的半导体激光器称为增益波导型激光器。在这种激光器中，光能的传播方向与波面不正交，其结果如图1.45所示，在与结合面平行方向和垂直方向上光波面的射束中点是偏离的，与结合面垂直方向上的射束中点，因DH结构的折射率差别而造成与共振器端面一致，而在平行方向则位于离端面Z的范围内，这个距离Z就称为像散隔差。在光的波面观察像散隔差产生的情况如图1.46所示，如果像散隔差大，则为了将光点集光到盘上需要具有修正光学部件，增益波导型激光器的Z一般在1015m左右，较大，与此相反，利用折射率波导机构使横模式稳定的折射率波导型激光器，其与结合面平行方向的射束中点也与共振面大致相同，这种激光器的Z通常被控制在5m以下，像散隔差小就不需要集光用的修正光学部件，从而可以实现体积小、重量轻的光检取器。 （）振荡模式：半导体激光器的水平横模式射束放射角的误差分布依存于条纹宽度的误差，垂直横模式射束放射角的误差分布依存于活性层厚度的误差。在单一基本横模式的振荡条件成立时，FFP具有单一峰值，当条件不成立时，FFP具有2个或2个以上的峰值。具有2个峰值的FFP的例子如图1.47所示，如果在具有单一峰值的单一基本横模式下，光的分布是均一的话，则即使用透镜收缩射束，其分布仍是均一的。而在具有2个或2个以上峰值的分布中（称为横多模式）分布是不均一的，这时在光检取器中的磁道误差检出和聚焦误差检出将会出现偏差，因此必须开发具有单一横模式的半导体激光器。 半导体激光器的振荡频率特性（振荡频谱）是具有很窄的频率宽度的频谱，具有单根频谱的特性称为纵单一模式，具2个或2个以上频谱的特性称为纵多模式，这些模式的频谱的例子如图1.48所示，在噪音较多的场合中，有时也喜欢选用纵多模式的激光器。 图1.49显示了使半导体激光器的光输出发生变化时，纵模式频谱是如何变化的。在光输出为低功率时，多个纵模式同时振荡，当功率达到某值以上时，输出就集中在一个模式上，此时的频谱宽度为10-4nm，则结合部的温度上升，不断地跳到长波长的模式中去，这时因为前面所讲的元件温度上升，禁止带的宽度变化引起的，图1.49所见到的变化是折射率波导型激光器中常见的现象。随温度、电流的变化，纵模式发生跳变，光输出随之变化，虽然变化值为1%以下，但这种跳变连续反复，使此时的输出变动变成了噪音，若从半导体激光器射出的光的激光器开口处有微弱的回光，则会引起由到反射点的距离关系决定的外部共振模式的跳变，若回光在某级别以上增加，则就会成为纵多模式，成为纵多模式后，频谱宽度扩大，激光的干涉性能降低，由回光引起的模式跳变减少；若用小信号的交流调制单一纵模式振荡的激光信号，则光输出受到调制成为AM-FM交扰调制，这时波长的变动幅度只有0.1nm左右。 外加了脉冲电流时，从振荡开后，数nsec之间开始产生纵多模式的振荡，然后又向单一模式变化。应用这种现象，采用数面MHZ（脉冲周期为数nsec）的脉冲进行更深的调制，就可得到纵多模式的频谱。 （）输入-输出特性：图1.50显示了表示外加输入电流与激光输出关系的电流输出特性（2-2特性）。将图中电流急剧上升时的电流值称为门限电流Ith，超过这个值就开始激光振荡，门限值电流随温度上升，其关系如式（1-31）所式，其中TI是结合温度,T0是被称为特性温度的常数。根据品种不同T0的取值约在5200K，T0的值越小，门限电流的温度依赖性越大。在使用半导体激光器时，了解I-L特性随温度变化的情况是非常重要的。在激光振荡区域中，每单位驱动电流的光输出的平均增加值称为微分效率，表示振荡效率的高低，微分效率高的元件在特性方面十分优良，但这样的元件在微弱的过压电流下，也很容易被损坏，因此必须加以注意。 超过门限值电流后，希望电流与输出呈直线关系，但如图1.51所示，当输出增加时，曲线上会出现弯曲，是决定半导体激光器输出的使用界限的一个重要因素。 产生弯曲时最大的障碍就是横模式的不稳定，为达到横模式的稳定，采用了各种带状（strip）结构，但输出-增加模式就会变化。在不同的场合下，高次的模式开始产生振荡，从而产生光点的移动、分裂，半导体激光器前后方的输出不成比例，射束的出射方向发生改变，出现噪音和象散隔差等问题，使激光不能很好地聚光，因此在使用是为避免产生弯曲，在使用方法上应考虑在经时变化、温度变化方面留有充分的余量。 另外还有一些产生非直线性的原因，如图1.51(b)中所示的微分特性中尖锐而微小的弯曲是随纵模式的跳变而发生的输出变化。对于元件上加载的单位电力的结合温度上升率高（热阻），特性温度T0小的半导体激光器，由于发热，I-L特性是向上凸起的缓慢变化的曲线。 （）噪音特性：半导体激光器的噪音有如前所述的纵模式跳变时产生的噪音（称为模式跳动噪音）和由反光引起振荡模式变化的反光噪音。通常定义R/N（相对噪音强度）为表示噪音大小的量。如式（1-32）所示其中P是光输出的DC成分，P是AC成分，f是测定带区域的宽度。通常希望在光盘驱动器中，R/N约为10-1110-12以下。 图1.52给出了在单一纵模式下振荡的半导体激光器，随温度变化而测得的模式跳变噪音的情况。反光噪音随反光的光量及到反射点的距离的变化，而呈一种复杂的状态。图1.52(b)显示了反光少的情况，（c）显示了反光多的情况。由图可知，当光的返回率大时，噪音将极度减少，另外图1.52(d)显示了用高频调制的多模式化的情况，由图可见噪音也变少了。在设计光盘驱动器时，必须充分考虑到以上所述的半导体激光器的噪音问题。 （）可靠性：让半导体激光器长时间维持一定的输出进行工作，则慢慢地，工作电流就会增加，最后停止振荡，即半导体激光器的寿命是有限的，其寿命随周围温度、工作电流、光输出等条件而变化。使用时结合部的温度与寿命有密切的关系，温度升高寿命呈指数缩短，因此必须注意尽量在低电流下使用和充分的散热。 半导体激光器工作时，电源的ON-OFF产生的过压电流，会损坏元件或虽未损坏但