• 2.这时，导带上费米能级以下充满了电子， 价带上费米能级以上没有电子，因此，形成 了粒子数反转分布，成为激活区，称为半导 体激光器的作用区或有源区。 当频率满足 >Eg/h的光通过时 ，就可以得到放大。
PN
•
PN结半导体激光器是用PN结作激活区，用半导体
天然解理面作为反射镜组成光子谐振腔，外加正向偏压
由于有源层厚度很薄(约为0.15μm)，都能保证在单横模工作；而在 侧向，则其宽度相对较宽，因而视其宽度可能出现多侧模。有源区 宽度较宽，则发光面上的光场(称近场)在侧向表现出多光丝，好似 一些并行的发光丝，在远场的侧向则有对应的光强分布，这种多侧 模的出现以及它的不稳定性，易使激光器的P-I特性曲线发生“扭 折”(kink)，使P-I线性变坏，这对信号的模拟调制不利；同时多侧 模也影响与光纤高效率的耦合，侧模的不稳定性也影响光纤功率的 稳定性；不能将这种多侧模的激光束聚焦成小的光斑。
3、其他：光纤激光器和宽带光源（ASE、超连 续、白光源、SLED以及SLD） 4、组件和模块：组件（光源、EA、背光二极 管、ISO、制冷片、温度传感器、尾纤和连接器） 模块【组件＋电路（驱动电路、AGC、ATC、 APC、电路状态监控电路等等）】
量子阱激光器（QW LD）是指有源区采用量子阱结构 的半导体激光器
激光器辐射的光功率 激光器消耗的电功率
＝ Pex VI
外量子效率：
ex
激光器每秒钟发射的光 子数 激光器每秒钟注入的电 子 空穴对数
＝ Pex / h
I / e0
外量子微分效率
D
(Pex Pth ) / h
(I I th ) / e0
Pex / h
(I I th ) / e0
斜率效率
(Pex Pth )
光源与光发射，重点： 光源术语 常用的通信用光源有哪些？ 半导体激光器如何与光纤耦合？ 为什么一般情况下，需要控制激光器的管芯温度，实 际中怎么控制管芯温度？ 激光器的P-I-V-dp/dl图，半导体激光器的注意事项 数字光发射机的光源工作点应如何考虑？ 光发射机原理框图，各部分功能，各部分如何实现？ 为什么要引入间接调制？ 调制器术语 简单了解常用调制器
• （2）激光器在瞬态过程中存在张弛振荡：当电流脉冲注入激光器 以后，输出光脉冲表现出衰减式振荡。是激光器内部光电相互作用所 表现出来的固有特性。张弛振荡频率与注入电流有关。
• （3）由于在瞬态过程中激光器有电光延迟现象，而在电脉冲过后， 载流子有一定的存储时间，导致高速数字调制时激光输出出现码型效 应。
峰峰值 ( PkPk )
光强
最小标准
带宽
-3db=0.707倍 频率

监视光电流、制冷电流/电压、 热敏电阻
R RTR exp[ B(1/ T 1/(273 25)K)]
监视光电流（背光电流）：用于APC，无光告警等
复习一下半导体激光器的简单工作原理：
低能态电子多，密度为N1 高能态电子少，密度为N2 ■ N1>N2:
● 空间电荷区及其内建电场分布图如下：
PN结外加正向偏压后的能带分布
给PN结外加正向偏压后，P区的空穴和N区的电 子不断地注入PN结，破坏了原来的热平衡状态， 在PN结出现了两个费米能级，此时的PN结能带 分布如图：
• 1.当PN结加上正向偏压时，外加电压的电场 方向正好和内建场的方向相反，因而削弱了 内建电场，破坏了热平衡时统一的费米能级， 在P区和N区各自形成了准费米能级。
(I Ith )
啁啾、张驰震荡、码型效应、结发热效 应自、脉动现象、多光丝、
注入电流的变化，会导致载流子的变化，造成半导体 的折射率发生变化，从而引起输出波长变化的啁啾现 象（动态谱线展宽），而高速系统中对色散要求苛刻， 数据间隙小，而啁啾会引起较大的色散。
单纵模半导体激光器在高速调制时电流急剧变化， 将导致激光器有源层中的载流子浓度急剧变化，等效 于激光器的有效腔长变化，从而导致激光器发射波长 的瞬时动态偏移。这种波长的瞬时动态偏移（即频率 的瞬时动态偏移）称为频率啁啾。频率啁啾可用啁啾 因子a来衡量，其定义为：
●在热平衡状态下，自发发射居支配地位，不能发 射相干光。 ■ N2>N1：
●受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质时， 产生放大作用。
●这种分布和正常状态的分布相反，成为粒子数发 转。 发光（光放大）← N2>N1 ←粒子数反转
■光发射：处于高能态（导带）电子不稳定，向低能态（价 带）跃迁，而能量以光子形式释放出来，发射光子的能量 hv等于导带价带能量差，即hv=Ec-Ev=Eg
≯半导体光检测器基于这种效应。
■自发发射、受激辐射和受激吸收三种过 程是同时存在的。
PN结空间电荷区的形成 ● PN结形成后，由于互相间的扩散作用，使得靠近 界面的地方，N区剩下带正电的离子， P区剩下带负 电的离子，在结区形成空间电荷区，也因此出现了一 个由N指向P的电场，称为内建电场，此时处于热平衡 状态，只有一个费米能级。
上升/下降时间、开通时间、 消光比、调制带宽
上升时间（Tr）：激光器额定功率从10%上升到90% 所用的时间
下降时间（Tf）：激光器额定功率从90%下降到10% 所用的时间
TOP AMPLITUDE
BASE
90%
10% 上升时间 ( Tr )
Tr 0.35 BW
开通时间
消光比:全“1”码 平均光功率和全 “0”码平均光功 率的比值,用对数 表示
主要技术参数和术语：
电学参数：阈值电流、最大工作电流、电压降、串联电阻、 拐点
光谱特性：线宽、波长（中心波长、峰值波长）、边模抑 制比、纵模、横模
光学参数：相对强度噪声、效率（功率、斜率、外量子、 外量子微分效率）
动态特性（调制间畸变）：啁啾、张驰震荡、码型效应、 结发热效应、自脉动现象、多光丝
调制特性：消光比、上升/下降时间、开通时间、调制带宽 其 他：监视光电流、制冷电流/电压、热敏电阻
（2）谐振腔的损耗小，如增大反射率，阈值就低。
（3）与半导体材料结型有关，异质结阈值电流比同质结
低得多。室温下同质结的阈值电流密度大于30000A/cm2；单
异质结约为8000A/cm2；双异质结约为1600A/cm2；量子阱约
为150~200A/cm2;量子点约为 25~65A/cm2.
（4）温度愈高，阈值越高。100K以上，阈值随T的三次
• （4）由于激光器对温度很灵敏及注入电流的热效应，在比特速率不 是很高时，输出光会出现结发热效应。
（5）某些激光器在某些注入电流下还会出现自脉动现象。自脉 动：某些激光器在某些注入电流下发生的一种持续振荡。 张弛 振荡和自脉动的结合：激光器激射以后，先出现一个张弛振荡的 过程，随后则开始持续自脉动。
≯光子的发射方向、相位、频率都与激发它们的
光子相同—相干光；
≯ LD通过受激辐射过程发光。
■光吸收：处于低能态光子，如果受到外来光的照射， 当光子能量等于或大于禁带能量时，光子将被吸收而 使电子跃迁到高能态；
■光吸收过程：
●受激吸收：如果入射光子的能量 hv近似等于E2-E1，光子能量就会 被吸收，同时基态上的电子跃迁 到高能态；
子。
•
这些光子通过反射镜往返反射不断通过激活物质，
使受激辐射过程如雪崩般地加剧，从而使光得到放大。
在反射系数小于1的反射镜中输出，这就是经受激辐射放
大的光 。即PN结半导体激光器产生激光输出的工作原理。
1，LED（SLED，SLD）：光谱、调制速率、 热特性
2，半导体激光器：FP-LD、DFB（DBR）、 QWLD、VCSEL、可调谐激光器（外腔、多电 极、热调谐）
双异质结构
量子阱激光器（QW LD）是指有源区采用量子阱结构 的半导体激光器
阈值电流、最大工作电流、电压降（管 压降，正向电压）、串联电阻、拐点
参数如无特殊说明，指的是 阈值电流＋20mA，25摄氏度。
线宽、中心波长、峰值波长、 边模抑制比、纵模、横模
(1) 峰值波长 在规定输出光功率时，激光光谱内强度最大的光谱波长被定 义为峰值波长。
作为泵浦源。
• 外加正向偏压将N区的电子、P区的空穴注入到PN结， 实现了粒子数反转分布，即使之成为激活物质（PN结为 激活区）。
•
在激活区，电子空穴对复合发射出光。初始的光场
来源于导带和价带的自发辐射，方向杂乱无章，其中偏
离轴向的光子很快逸出腔外，沿轴向运动的光子就成为
受激辐射的外界因素， 使之产生受激辐射而发射全同光
方增加。因此，半导体激光器最好在低温和室温下工作。
激光器结的发展
1960年红宝石激光器，1962年梅贝格报告了可 以从GaAs的PN结中得到100％的荧光效率， 1962年美国4个实验室几乎同时宣布成功研制 GaAs同质结半导体激光器。同质结只能在液氮 中工作，此后五年一直没有大的进展，以致于 包括开创者在内的大多数人退出研究，贝尔实 验室在1967年突破性采用液相外延的方法形成 单异质结（传统是扩散法），从而实现室温下 脉冲工作。1970年贝尔实验室又实现的双异质 结，从而实现了室温下连续输出。
阈值电流、最大工作电流、电压降（管 压降，正向电压）、串联电阻、拐点
参数如无特殊说明，指的是 阈值电流＋20mA，25摄氏度。
• 半导体激光器的工作特性
•
1．阈值电流。当注入p-n结的电流较低时，只有自发辐射
产生，随电流值的增大增益也增大，达阈值电流时，p-n结产
生激光。影响阈值的几个因素：
（1）晶体的掺杂浓度越大，阈值越小。
结构特点：两种不同成分的半导体材料在一个维 度上以薄层的形式交替排列而形成的周期结构， 从而将窄带隙的很薄的有源层夹在宽带隙的半导 体材料之间，形成势能阱 。量子阱激光器的有 源区非常薄，普通F-P腔激光器的有源区厚度为 100~200nm，而量子阱激光器的有源区只有 1~10nm。当有源区的厚度小于电子的德布罗意 波的波长时，电子在该方向的运动受到限制，态 密度呈类阶梯形分布，从而形成超晶格结构。