激光二极管知识

1、激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以把激光二 极管分为同质结、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，是目前市场应用的主 流产品。同激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点，但其输 出功率小（一般小于2mW），线性差、单色性不太好，使其在有线电视系统中的 应用受到很大限制，不能传输多频道，高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模 块中，上行发射一般都采用量子阱激光二极管作为光源。半导体激光二极管的基本结构如图所示，垂直于PN结面的一对平行平面构成法布 里一一珀罗谐振腔，它们可以是半

2、导体品体的解理面，也可以是经过抛光的平面。 其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体的PN结加有正向电压时， 会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注 入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长 为入的光子，其公式如下：入=hc/Eg （1）式中：h普朗克常数；c一光速；Eg半导体的禁带宽度。上述由于电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的 光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子一空穴对附近，就能激励二者复合，产 生新光子，这种光子诱使已激发的

3、载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。如 果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当 有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面 往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当 增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出具有良好谱线的相十光一一激光，这就是 激光二极管的简单原理。随着技术和工艺的发展，目前实际使用的半导体激光二极管具有复杂的多层结构。常用的激光二极管有两种:PIN光电二极管。它在收到光功率产生光电流时， 会带来量子噪声。雪崩光电二极管。它能够提供内部放大，比PIN光电二极管的传输距离远，但量子噪声

4、更大。为了获得良好的信噪比，光检测器件后面须连接低 噪声预放大器和主放大器。半导体激光二极管的工作原理，理论上与气体激光器相同。激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以把激 光二极管分为同质结、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，是目前市场应用 的主流产品。同激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点，但 其输出功率小（一般小于2mW），线性差、单色性不太好，使其在有线电视系统 中的应用受到很大限制，不能传输多频道，高性能模拟信号。在双向光接收机的回 传模块中，上行发射一般都采用量

5、子阱激光二极管作为光源。半导体激光二极管的常用参数有：（1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、 650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm 等。（2）阈值电流Ith :即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管 而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA 以下。（3）工作电流Iop :即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设 计调试激光驱动电路较重要。（4）垂直发散角。上：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一 般在15。40。左右。（5）水平发散角。：激光二极管

6、的发光带在与PN结平行方向所张开的角度， 一般在6。 10。左右。（6）监控电流Im :即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。激光二极管在计算机上的光盘驱动器，激光打印机中的打印头等小功率光电设 备中得到了广泛的应用。激光二极管的检测激光二极管工作时发出的红光波长大约在6 0 0 nm左右，可用于激光打印机、 CD机、条形码阅读器等设备上。激光二极管的符号如附图所示。从图中可知，激 光二极管由两部分构成，一部分是激光发射部分LD，另一部分为激光接收部分PDOLD和PD两部分又有公共端点b,公共端一般同管子的金属外壳相连，所以 激光 二极管实际上只有三个脚a、b、c。检测和判断激光二

7、极管可按如下三个 步骤进行。区分LD和PD。用万表的Rxlk挡分别测出激光二极管三个引脚两 两之间的阻值，总有一次两脚间的阻值大约在几千欧姆左右，这时黑表笔所接的一 端是PD阳极端，红表笔所接的引脚为公共端，剩下的一个引脚为LD阴极端，这 样就区分出7PD部分（图中的bc部分）和LD部分（图中的ab部分）。检测PD部分。激光二极管的PD部分实质上是一个光敏二极管，用万 用表检测方法如下：用Rx1k挡测其阻值，若正向电阻为几千欧姆，反向电阻为 无穷大，初步表明PD部分是好的；若正向电阻为0或为无穷大，则表明PD部分 已坏。若反向电阻不是无穷大，而有几百千欧或上千千欧的电阻，说明PD部分已 反向漏

8、电，管子质量变差。检测LD部分。 用万用表的Rx 1k挡测LD部分的正向阻值，即黑表 笔接公共端b，红表笔接a脚，正向阻值应在10kQ3 0kQ之间，反向阻值 应为无穷大。若测得的正向阻值大于5 5kQ，反向阻值在10 0kQ以下，表明 LD部分已严重老化，使用效果会变差。激光二极管市场激光二极管（LD）在20世纪90年代的主要市场是光纤通信的光源和数据存储的光 读写头，高级的光纤宽带光源模块售价达1千美元，而CD盘只读光头售价只10 美元。随着全球光纤网络的全面铺开，加上网络资讯股市炒作的推波助澜，宽带激 光光源供不应求，激光二极管市场空前繁荣。1999年激光二极管全球销售额只30 亿美元，2000年猛涨到66亿美元，达到空前的最高点，但好景不长，随着网络 股市泡沫的蒸发，激光二极管2001年的全球销售额一落千丈，惨跌到28.5亿美 元，跌幅达到57%，远远超过全球半导体市场的24%平均负增长率。激光二极管 市场2002年继续下泻，年销售额再跌到24亿美元，跌幅约16%，至此，激光二 极管的拳头产品不再是通信用产品，而转为光存储用产品。电脑用只读