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空穴占 据的可能性小于1/2; Ef以上的能级

时间:2020-10-24 10:13

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  光纤通讯光源 说 义 武汉大学 电辅音讯学院 何对燕 光纤通讯根蒂 武汉大学 电子信息学院 §1•.光纤通讯中的光源 ?将电暗码转换为光暗记•; ?有两种:半导体激光二极管(LD); 半导体发光二极管(LED); ?哀求:发射波长与光纤低耗费和低色散波长平等; 正在室稳下连收受事,低功耗,谱线窄; 体积幼,重量轻,使用寿命长; 创设工艺轻便,成本低,确凿性高; 00-10-10 2 光纤通讯基础 武汉大学 电辅音信学院 §2.半导体中光的发射和激射理由 ?原子的能级构造•: 电子的量子化:能量是破裂值••••; 原子的能级•:分立的能量值; 基态(稳态):原子能量最低; 饱动态:原子能量比基态高; ?半导体价带、导带、带隙: 能级:分立的能量级•; 能带:单晶中各个原子的最表层轨道互相重叠; 价带:与原子最表层轨讲的价电子对应的能带; 导带:价带上面的能带; 带隙:导带底Ec与价带顶Ev之差Eg;(禁带宽度) 00-10-10 3 光纤通讯底子 武汉大学 电子消歇学院 §2.半导体中光的发射和激射有趣(续) ?导体的Eg?半导体Eg?导体Eg=0••; ?价带中电子慰勉至导带,留下空穴;邻近电子 增添这个空穴,又留下另一个空穴;空穴呈现 位移;(统称载流子) ?导带中电子跃迁至价带,扩展空穴,既复闭; ?电子(-)、空穴(+)称为载流子; ?饱励时电子摄取能量•,跃迁时电子辐射能量; Eg=h? 00-10-10 4 光纤通讯基础 武汉大学 电子信息学院 §2.半导体中光的发射和激射由来(续) ?本征半导体(I型):杂质、罅隙极少的简单、 齐全的半导体•。 •?电子半导体(N型):始末掺杂使电子数量大 大地多于空穴数见地半导体。(GaAs-Te) ?空穴半导体(P型):始末掺杂使空穴数量大 大地多于电子数宗旨半导体。(GaAs-Zn) ?正在纯朴的Ⅲ-Ⅴ族化合物中掺杂Ⅵ族元素(N 型),或掺杂Ⅱ族元素(P型) 00-10-10 5 光纤通讯根蒂 武汉大学 电子消歇学院 §2.半导体中光的发射和激射讲理(续) ••?p-n结:P型半导体和N型半导体合营的界面。 00-10-10 6 光纤通讯基础 武汉大学 电辅音讯学院 §2.半导体中光的发射和激射由来(续) ?扩散作为→空间电荷势垒→自修电场VD→平均样式。 ?费米能级Ef•:描写电子能量花样撒布的假象能级, Ef以下的能级,电子占据的畏缩性大于1/2••,空穴占 据的不妨性幼于1/2; Ef以上的能级•,空穴吞没的 或许性大于1/2,电子占据的也许性幼于1/2。 •?掺杂:eVD•?Eg为轻掺杂, eVD?Eg为重掺杂•。 ?正在均匀花样下,P区和N区有纠合的Ef。 ?正电压向V→漂移行径→抵消一个别势垒(V-VD) →危殆均匀→ P区和N区的Ef分辩(准费米能级)。 00-10-10 7 光纤通讯基础 武汉大学 电辅音信学院 §2.半导体中光的发射和激射理由(续) ?(Ef)N以下的能级,电子吞没的可能性大于1/2, (Ef)P以上的能级,空穴占据的战抖性大于1/2•。 ?当正向电压足够大时,发作复合发光••。 00-10-10 8 光纤通讯根本 武汉大学 电子信息学院 §2.半导体中光的发射和激射理由(续) ?普朗克定律:基态到筹划态的跃迁—吸取一个光 子,督促态到基态的跃迁—发射一个光子,光子 的能量为h?=E2-E1。 ?摄取激励:E1基态的电子接收光子能量,带动到 高能态E2; ?自发辐射:E2能态的电子处于不坚毅形势,自愿 返回基态E1,自发辐射一个光子(位相随机)。 ?受激辐射:E2能态的电子处于不坚硬样式••,向下 进入亚稳态,表来光子会役使电子向下跃迁到基 态E1,受激辐射一个光子(位相形似)。 00-10-10 9 光纤通讯根蒂 武汉大学 电辅音信学院 §2••.半导体中光的发射和激射道理(续) ?粒子数展转(光添加的必要条件):仅当饱励态 的电子数大于基态中的电子数时,受激辐射越过 摄取,要使用“泵浦(荧惑)”举措。 ?有源区:竣事粒子数反转,对光拥有伸展效益的 地区。 ?光学谐振腔: 自发辐射光子 夹角大的逸出 受激辐射光子 全同光子 00-10-10 10 光纤通讯根蒂 武汉大学 电辅音信学院 §2.半导体中光的发射和激射原因(续) 00-10-10 11 光纤通讯根蒂 武汉大学 电辅音信学院 §2.半导体中光的发射和激射有趣(续) ?谐振腔的三功劳•:光添加、频率选用•、正反应。 •?阈值条件:增益须要大于叮嘱; 1 1 g t ? •? ? ••? i ? ( ) ln( ) 2L R 1R 2 ?相位均匀条件:光波能因干与而获得坚硬以呈现 正反应(驻波); c fq 谐振频率, c fq ? •?q ?q ?q 谐振波长, 2nL q 纵模 00-10-10 12 光纤通讯底子 武汉大学 电子讯息学院 §2•.半导体中光的发射和激射理由(续) •?频带加宽•:增益介质的增益-频率性格; 00-10-10 13 光纤通讯根蒂 武汉大学 电子信歇学院 §2.半导体中光的发射和激射旨趣(续) ?横模TEMmn :激光振荡笔直于腔轴倾向,平面波 偏离轴向宣传时变成的横向电磁场形式。 00-10-10 14 光纤通讯底子 武汉大学 电辅音信学院 §3.半导体发光二极管LED ?独霸半导体p-n结自愿发光的器件。 ?特性:温度特性好,输出线性较好,没有形式 色散,驱动电道简单,寿命长•。 00-10-10 15 光纤通讯根蒂 武汉大学 电子讯歇学院 §3.半导体发光二极管LED(续) ?面发光二极管 00-10-10 16 光纤通讯根蒂 武汉大学 电辅音讯学院 §3•.半导体发光二极管LED(续) ?边发光二极管 00-10-10 17 光纤通讯底子 武汉大学 电辅音信学院 §3.半导体发光二极管LED(续) ?技能参数•: 1.3••?m LED 目标 边发光 参数 最幼值 典范值 最大值 1.30 1.32 发射波长(?m) 1.22 40 50/6 出纤功率(•?W) 60 80 半高谱宽(nm) 150 劳动电流(mA) 2.5 响当令间(ns) 可调速度(MHz) 00-10-10 面发光 楷模值 1•.3 40 85 200 70 18 光纤通讯基础 武汉大学 电子讯息学院 §4•.半导体激光二极管LD ?同质结与异质结: 00-10-10 19 光纤通讯根本 武汉大学 电子信歇学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?窄条双质结激光二极管: 00-10-10 20 光纤通讯根蒂 武汉大学 电辅音信学院 §4.半导体激光二极管LD(续) 00-10-10 21 光纤通讯根蒂 武汉大学 电子讯息学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?管芯修设工艺:InGaAsP双异质结 00-10-10 22 光纤通讯根本 武汉大学 电辅音信学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?半导体激光器的特点:双异质结InGaAsP 00-10-10 23 光纤通讯底子 武汉大学 电辅音信学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?输出光束示策动: ①两异质结-驻波-笔直横模 ②平行有源层-驻波-水平横模 ③两个反射面-驻波-纵模 ••?形式驾御: •? d? 2 1 1 ? 2 2 n2 n1 1 1 •? ? 2? 2 n 2 n1 ? 24 ? 2W S ? ln ?1 ? ? •? 00-10-10 光纤通讯根本 武汉大学 电子讯息学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?隐埋异质结(BH): 00-10-10 25 光纤通讯底子 武汉大学 电辅音讯学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?平面隐埋异质结(PBH): 00-10-10 26 光纤通讯根蒂 武汉大学 电辅音信学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?双沟平面隐埋异质结(DC-BH): 00-10-10 27 光纤通讯基础 武汉大学 电辅音信学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?脊型波导(RW): 00-10-10 28 光纤通讯基础 武汉大学 电辅音信学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?光源与光纤的耦合: 00-10-10 29 光纤通讯底子 武汉大学 电子讯息学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?光耦合透镜编造: 00-10-10 30 光纤通讯基础 武汉大学 电子信息学院 §4.半导体激光二极管LD(续) •?激光器封装的宗旨: ⑴阻拦碰着,提防危境,确保洁白•; ⑵为器件供应体面的表引线; ⑶晋升刻板强度•,抵御卑微处境•; ⑷提升光学功效; ?封装器件的首要哀求: ⑴气密性好,确保管芯与表界妨碍; ⑵构造兴盛切实,部件声望坚实,采纳住各样景况; ⑶热功能好,化学本能安稳,抗温度轮回进犯; ⑷可焊性好,工艺性好,有拉力强度; ⑸适当绳尺,系列化,本钱低,适宜批量临盆。 00-10-10 31 光纤通讯根本 武汉大学 电子信歇学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?同轴激光器的封装: 00-10-10 32 光纤通讯根蒂 武汉大学 电子信息学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?插拔式同轴封装•: 00-10-10 33 光纤通讯根本 武汉大学 电子讯息学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?尾纤式同轴封装•: 00-10-10 34 光纤通讯根蒂 武汉大学 电辅音信学院 §4.半导体激光二极管LD(续) •?14针双列直插式封装: 00-10-10 35 光纤通讯基础 武汉大学 电辅音信学院 §4.半导体激光二极管LD(续) ?蝶式封装: 00-10-10 36 光纤通讯基础 武汉大学 电子信歇学院 §5.传扬反应激光二极管(DFB--LD) ?无集总式反射机构(F-P)••,由有源区波导上的 Bragg光栅供应反射成就, ?讲理:Bragg光栅周期?,发射波长满意 2•?=m?/n (m=0,1,2,……) 过问坚固方向 2?sin?=m?/n ?性格:单纵模特点好(边模抑低比可达35dB以上) 窄线宽,波长选取性好••; 温度特性好,波长温度飘移为0•.09nm/℃, 调造特点好, 00-10-10 37 光纤通讯底子 武汉大学 电子讯息学院 §5.撒播反应激光二极管(DFB--LD) 00-10-10 38 光纤通讯基础 武汉大学 电子信息学院 §5.宣称反应激光二极管(DFB--LD) ?撒播Bragg反射器(DBR)激光二极管 00-10-10 39 光纤通讯根本 武汉大学 电辅音讯学院 §5.撒播反应激光二极管(DFB--LD) ?超构造光栅DBR可调谐激光二极管 00-10-10 40 光纤通讯基础 武汉大学 电辅音信学院 §6.量子阱半导体激光器 •?有源层尺寸极幼→有源层与双方相邻层的能带不 连绵→导代和价带的突变→势能阱→量子阱效应 00-10-10 41 光纤通讯根蒂 武汉大学 电辅音信学院 §6.量子阱半导体激光器 00-10-10 42 光纤通讯根本 武汉大学 电辅音信学院 §6.量子阱半导体激光器 00-10-10 43 光纤通讯根本 武汉大学 电辅音信学院 §7.半导体激光器组件 00-10-10 44 光纤通讯根蒂 武汉大学 电辅音信学院 §8.半导体激光器特性与检测 00-10-10 45 光纤通讯底子 武汉大学 电子信息学院 §8.半导体激光器性格与检测 00-10-10 46 光纤通讯根本 武汉大学 电辅音信学院 §8.半导体激光器特质与检测 00-10-10 47 光纤通讯根本 武汉大学 电子信歇学院 §8.半导体激光器特性与检测 00-10-10 48 光纤通讯根本 武汉大学 电子信息学院 §8••.半导体激光器特点与检测 00-10-10 49 光纤通讯底子 武汉大学 电子信息学院 §8.半导体激光器特质与检测 00-10-10 50

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