第3章通信用光器件3.1光源3.2光檢測(cè)器3.3光無(wú)源器件3.1.1半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的。激光，其英文LASER就是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(受激輻射的光放大)的縮寫。所以討論激光器工作原理要從受激輻射開始。受激輻射和自發(fā)輻射產(chǎn)生的光的特點(diǎn)很不相同。受激輻射光的頻率、相位、偏振態(tài)和傳播方向與入射光相同，這種光稱為相干光。自發(fā)輻射光是由大量不同激發(fā)態(tài)的電子自發(fā)躍遷產(chǎn)生的，其頻率和方向分布在一定范圍內(nèi)，相位和偏振態(tài)是混亂的，這種光稱為非相干光。圖3.3PN結(jié)的能帶和電子分布(a)P-N結(jié)內(nèi)載流子運(yùn)動(dòng)；(b)零偏壓時(shí)P-N結(jié)的能帶圖；(c)正向偏壓下P-N結(jié)能帶圖

3.激光振蕩和光學(xué)諧振腔粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生受激輻射的必要條件，但還不能產(chǎn)生激光。只有把激活物質(zhì)置于光學(xué)諧振腔中，對(duì)光的頻率和方向進(jìn)行選擇，才能獲得連續(xù)的光放大和激光振蕩輸出。

圖3.4激光器的構(gòu)成和工作原理(a)激光振蕩(b)光反饋5.溫度特性半導(dǎo)體激光器的輸出特性是隨著溫度而發(fā)生變化的！激光器輸出光功率隨溫度而變化有兩個(gè)原因：

一是激光器的閾值電流Ith隨溫度升高而增大，當(dāng)以直流電流驅(qū)動(dòng)激光器時(shí)，閾值電流隨溫度的變化更加嚴(yán)重。當(dāng)對(duì)激光器進(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，閾值電流隨溫度呈指數(shù)變化，在一定溫度范圍內(nèi)，可以表示為二是外微分量子效率ηd隨溫度升高而減小。外微分量子效率隨溫度的變化不十分敏感，例如：GaAlAsGaAs激光器在77K時(shí)ηd≈50%；300K時(shí)，ηd≈30%。發(fā)光二極管(LED)的工作原理與激光器(LD)有所不同：

LD發(fā)射的是受激輻射光；

LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光。3.1.4發(fā)光二極管LED的結(jié)構(gòu)LED的結(jié)構(gòu)和LD相似，大多是采用雙異質(zhì)結(jié)(DH)芯片，把有源層夾在P型和N型限制層中間，不同的是LED不需要光學(xué)諧振腔，沒(méi)有閾值。與激光器LD相比，發(fā)光二極管的缺點(diǎn)：<1>發(fā)光二極管輸出光功率較?。?lt;2>譜線寬度較寬；<3>調(diào)制頻率較低。發(fā)光二極管的優(yōu)點(diǎn)：<1>發(fā)光二極管溫度特性更穩(wěn)定，并且電光轉(zhuǎn)換噪聲很?。?lt;2>工作壽命長(zhǎng)；<3>輸出光功率線性范圍寬；<4>制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。