半導體雷射器--Laser Diode(LD)

2021-02-15 晶片測試

                            一，什麼是雷射器

半導體雷射器又稱雷射二極體，是用半導體材料作為工作物質的雷射器。由於物質結構上的差異，不同種類產生雷射的具體過程比較特殊。常用工作物質有砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。 

一般所用的半導體材料有兩大類，直接帶隙材料和間接帶隙材料，其中直接帶隙半導體材料如GaAs（砷化鎵）比間接帶隙半導體材料如Si有高得多的輻射躍遷機率，發光效率也高得多。

半導體複合發光達到受激發射（即產生雷射）的必要條件是：

①粒子數反轉分布分別從P型側和n型側注入到有源區的載流子密度十分高時，佔據導帶電子態的電子數超過佔據價帶電子態的電子數，就形成了粒子數反轉分布。

②光的諧振腔在半導體雷射器中，諧振腔由其兩端的鏡面組成，稱為法布裡-珀羅腔（FP）。

③高增益用以補償光損耗。諧振腔的光損耗主要是從反射面向外發射的損耗和介質的光吸收。

半導體雷射器是依靠注入載流子工作的，發射雷射必須具備三個基本條件：

（1）要產生足夠的 粒子數反轉分布，即高能態粒子數足夠的大於處於低能態的粒子數；

（2）有一個合適的諧振腔能夠起到反饋作用，使受激輻射光子增生，從而產生雷射震蕩；

（3）要滿足一定的閥值條件，以使光子增益等於或大於光子的損耗。

半導體雷射器工作原理是激勵方式，利用半導體物質（即利用電子）在能帶間躍遷發光，用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋，產生光的輻射放大，輸出雷射。

                        二，光通訊中LD的區分類型

1，以距離傳輸區分有三類：

用於短距離（<300m）多模光纖通訊的850nm Vcsel。

用於LR（<40Km）應用的1310nm  DFB雷射器。

用於長途、地鐵的可調諧雷射器，連續波和調製。

2，以結構區分：

VCSEL：垂直腔面發射雷射器（多橫模，單縱模-兩面分散式布拉格反射器(DBR)）

FP雷射器：邊發射（多縱模，單橫模-脊波導雷射器（RWG）/掩埋異質結(BH))

DFB雷射器：邊發射（單縱模，單橫模-脊波導雷射器（RWG）/掩埋異質結(BH)）

PS：以上圖片均來自網上，如有侵權請告知，並在第一時間刪除。

       FP與DFB區別在於分饋方式不同可以簡單說是否有光柵。

       脊波導雷射器—速度從1Gb/s到28Gb/s。（波長1271-1331nm）。

       掩埋異質結構雷射器—專用於28Gb/s和56Gb/s低功耗應用而設置。

3，調製方式區分：

直接調製(DML)：Vcsel、FP，DFB..

外調製：EA，MZ...

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