二极管激光器的一些知识

激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以把激光二极管分为同质结、单异质结（SH）、双异质结（DH）和量子阱（QW）激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低，输出功率高的优点，是目前市场应用的主流产品。同激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点，但其输出功率小（一般小于2mW），线性差、单色性不太好，使其在有线电视系统中的应用受到很大限制，不能传输多频道，高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模块中，上行发射一般都采用量子阱激光二极管作为光源。

半导体激光二极管的基本结构为，垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里——珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。

半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体的PN结加有正向电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子，其公式如下：

λ = hc/Eg(1)

式中：h—普朗克常数； c—光速； Eg—半导体的禁带宽度。

上述由于电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子—空穴对附近，就能激励二者复合，产生新光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出具有良好谱线的相干光——激光，这就是激光二极管的简单原理。

随着技术和工艺的发展，目前实际使用的半导体激光二极管具有复杂的多层结构。图2为日本三洋公司的红光半导体激光二极管的结构。

图3为小功率激光管剖视图，由图可见，激光芯片贴在用来散热的热沉上，在管座上靠近激光芯片下部封有PIN光电二极管。

图4为普通激光二极管的外形，由图可见，小功率激光管有三条引脚，这是因为在管内还封装有一个光电二极管，用于监控激光管工作电流。

半导体激光二极管的常用参数有：

（1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。

（2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。

（3）工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。

（4）垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15˚~40˚左右。

（5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6˚~ 10˚左右。

（6）监控电流Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。

作为全球最受注目的新一代光源，LED因其高亮度、低热量、短命命、无毒、可回收再应用等优点，被称为是21世纪最有开展前景的绿色照明光源。从1962年第一只红光半导体发光二极管诞生起，人们不断开发出橙、黄、绿等多种单色LED，并用于各种信号指示、标识、数码显示，逐步发展到小型LED显示屏等。它利用固体半导体芯片作为发光材料，当放出过剩的能量，引起光子发射，产生可应用半导体PN结发光源制成的LED，问世于20世纪60年代初，1964年红色发光二极管首先研发成功，黄色LED随之出现。全球第一款商用发光二极管（ LED）是在1965年用锗材料作成的，其单价为45美元。随后不久，Monsanto和惠普公司陆续推出了用GaAsP材料制作的商用化LED。这比一般60～100W白炽灯的151m低得多1991年业界采用MOCVD外延生长四元系材料，开发出高亮度发光二极管；1994年在GaN基片上研制出第一只蓝色的发光二极管；1997年通过蓝光激发荧光粉，做出第一只白光LED；2001年用紫外光激发荧光粉做成了白光LED。

一、全球产业格局呈现垄断局面，主要集中于日本与台湾地区。

半导体照明产业已形成以亚洲、美国、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局。全球LED产业主要分布在日本、台湾两大地区，其中日本占据全球LED产值近50%台湾（包括台湾岛内及大陆分厂生产）LED产值2占全球LED产值的21%列第二。

二、国际大厂引领产业发展，利用技术优势占据高附加值产品的生产。

日本和美国两大区域的企业利用其在新产品和新技术领域中的创新优势，主要从事最高附加价值产品的生产。其中日本几乎垄断全球高端蓝、绿光LED市场，为全球封装产量第二大、产值第一大的生产地区。

三、产业投资继续加大，国际知名厂商间合作步伐加快，以占据有利市场地位。

四、我国已成为重要封装基地，海内外企业纷纷投资抢占国内巨大市场。