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      激光二極管基本工作原理

      來源:[seo:selfurl]
      發布時間:2016-11-28

      激光的產生機理
      在講激光產生機理之前,先講一下受激輻射。在光輻射中存在三種輻射過程,
      一時處于高能態的粒子在外來光的激發下向低能態躍遷,稱之為自發輻射;
      二是處于高能態的粒子在外來光的激發下向低能態躍遷,稱之為受激輻射;
      三是處于低能態的粒子吸收外來光的能量向高能態躍遷稱之為受激吸收。
      自發輻射,即使是兩個同時從某一高能態向低能態躍遷的粒子,它們發出光的相位、偏振狀態、發射方向也可能不同,但受激輻射就不同,當位于高能態的粒子在外來光子的激發下向低能態躍遷,發出在頻率、相位、偏振狀態等方面與外來光子完全相同的光。在激光器中,發生的輻射就是受激輻射,它發出的激光在頻率、相位、偏振狀態等方面完全一樣。任何的受激發光系統,即有受激輻射,也有受激吸收,只有受激輻射占優勢,才能把外來光放大而發出激光。而一般光源中都是受激吸收占優勢,只有粒子的平衡態被打破,使高能態的粒子數大于低能態的粒子數(這樣情況稱為離子數反轉),才能發出激光。
      產生激光的三個條件是:實現粒子數反轉、滿足閾值條件和諧振條件。產生光的受激發射的首要條件是粒子數反轉,在半導體中就是要把價帶內的電子抽運到導帶。為了獲得離子數反轉,通常采用重摻雜的P型和N型材料構成PN結,這樣,在外加電壓作用下,在結區附近就出現了離子數反轉—在高費米能級EFC以下導帶中貯存著電子,而在低費米能級EFV以上的價帶中貯存著空穴。實現粒子數反轉是產生激光的必要條件,但不是充分條件。要產生激光,還要有損耗極小的諧振腔,諧振腔的主要部分是兩個互相平行的反射鏡,激活物質所發出的受激輻射光在兩個反射鏡之間來回反射,不斷引起新的受激輻射,使其不斷被放大。只有受激輻射放大的增益大于激光器內的各種損耗,即滿足一定的閾值條件。

        

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