图1  半导体激光器外形图

2。半导体激光器的工作原理及特性

2。1 半导体激光器的工作原理

半导体激光器是一种相干辐射光源,激光的产生必须满足三个基本条件[2]：(1)增益条件，能带是在一定范围内由不同能级所构成的，在半导体能带区域内实现粒子数的反转且高能态粒子数要大于低能态粒子数。(2)产生受激辐射的条件，在结区的导带底部和价带顶部形成粒子数反转分布。结区导带底和价带顶实现粒子(电子)数反转的条件是N区和P区的准费米能级之差大于禁带的宽度。这必须在高掺杂时才能够做到，同时这也是半导体激光器和一般半导体激光器件的区别所在。在PN结上加适当大的正向电压V，使

时，结区粒子数发生反转，若能量hv满足式

的光子通过结区就可以实现光的受激辐射[3]，如图2所示。

图2  PN能带和正向电压V时形成的双简并能带结构

(3)为了形成稳定振荡[4]，半导体材料要有非常大的的增益，所增益的光能等于或大于总的损耗。在一定的电流阀值条件下，持续的高压输出，粒子数将会发生反转,粒子数反转程度越高增益就越大。当激光器达到阀值时，有特定频率的光在谐振腔内放大，从而可持续的输出激光。

激光器产生激光既要粒子数发生反转，也要满足阀值条件，即谐振腔的双程光放大倍数大于1，或增益系数满足

是半导体激光器谐振腔的内部损耗；L为晶体两解理面之间的长度；和为解理面的反射率。增益系数和粒子数反转的关系是由谐振腔内的工作物质所决定的。

2。2 半导体激光器的工作特性

(1)阈值电流。将半导体激光器作用区的粒子数反转值与工作电流I联系起来，在一定的时间间隔内，如果通过激光器的电子数与由于电子跃迁所产生的空穴数相等，整个机制就会达到一种动态平衡[5]。电流值越大，光的增益就越大，当通过p-n结的电流小于阈值电流时，只能自发辐射，所发出的能量不足以产生激光，当通过p-n结的电流等于或大于阈值电流时，p-n结将会产生激光。而电流的阈值同时也受温度、谐振腔的机制、晶体材料等因素的影响。(2)方向性。受谐振腔机制的影响，产生的激光方向性差，在p-n结的垂直平面内，发散的激光范围最大；在p-n结的水平面内，发散激光的范围最小。(3)转换效率。注入式半导体激光器可以直接把电功率转换为光功率，并且有非常高的转换效率。转换效率通常用量子效率和光功效率量度。功率效率定义为激光器的输出功率与输入电功率之比，

                            (4)

V是PN结上的电压降，是激光器串联电阻。激光器工作时，电流较大，电阻功耗很大，所以，在室温下的功率效率只有百分之几。由此可知，环境温度对功率效率有较大的影响。(4)光谱特性。半导体材料和其他材料的电子结构有所不同，它是在能带之间发生的受激辐射，所发出的激光线宽较宽，GaAs激光器在室温下，所发出的激光线宽大约有几纳米，单色性相对较差。半导体激光器谱宽比荧光窄得多，但比气体和固体激光器要宽得多。随着科技的进步，分布反馈式激光器的线宽，只有0。1nm左右，单色性将会有很大的提高。文献综述

3。 半导体激光器的重要特征

(1)体积小、重量轻、光功率密度高；在21世纪科学技术飞速的发展趋势下，各种类型的半导体激光器不断的被研制成功。以双异质为结构的激光器[6]，它的体积和重量向着更小更轻的趋势发展，与其他激光器相比，它的光功率密度更高，性能更加的优良。