1 同質結半導體激光器

PN結由同一種半導體材料構成，P區、N區具有相同的帶隙、接近相同的折射率，如圖6示

圖6 同質結

同質結半導體激光器是一種不理想的光源，主要表現在：閾值電流高、損耗大、不同在室溫下連續工作。

2 異質結半導體激光器

異質結由晶格常數不同的兩種材料構成的PN結，分為單異質結、雙異質結和多異質結，如圖2.7所示。常用的異質結半導體激光器材料體系有：GaAs/AlxGa1-xAs和InP/Ga1-xInxAs1-yIny。

圖7異質結

單異質結激光器的閾值電流比同質結半導體激光器小若干，但仍較高，常用作脈沖器件。

雙異質結激光器的有源區載流子濃度大，增益高；且折射率遠大于其相鄰包圍層的折射率，光波導效應顯著，傳輸損耗小。雙異質結激光器的閾值電流密度小，可實現室溫連續運轉。

3 分布反饋布拉格(DFB)半導體激光器

利用特殊微電子工藝將激活層沒光傳播方向做成周期性的波紋光柵結構，其腔內的光反饋利用波紋光柵的布拉格衍射而建立，不再用解理面做光反饋，如圖8(a)所示。

波紋光柵是由于材料折射率周期性變化而形成的，它為受激光輻射產生的光子提供周期性的反射點。如圖8(b)所示，由有源區發出的光，從一個方向向另一個方向傳播時，一部分在光柵波紋峰反射，另一部分繼續向前傳播，在鄰近的光柵波紋峰反射，如果兩束反射光相互疊加，就會產生更強的反饋，而其他波長的光將相互抵消。所有波紋峰產生的反饋光產生激光振蕩。

圖8 DFB半導體激光器

分布反饋布拉格半導體激光器具有以下優點：

a. 單縱模振蕩。

利用光柵實現選頻，可以很容易實現單縱模。

b. 窄線寬，波長穩定性好。

c. 動態譜線好。

高速調制時，分布反饋布拉格半導體激光器的譜線展寬比F-P激光器的小，且仍能保持單模特性。

d. 線性度好。

4 量子阱半導體激光器

兩個高勢能的阱壁夾住一個低勢能阱底就構成一個勢阱，減小有源層的厚度，出現載流子能量的量子化，發生量子效應，如圖9所示。

圖9單量子阱

單量子阱只有一個勢阱，多量子阱的結構中包含多個周期性的量子阱，注入載流子可被各量子阱收集。量子阱激光器的特點：閾值電流低，輸出功率高，溫度穩定性好，線寬窄，調制速度高，可通過改變阱寬來改變激光器的發射波長。

圖10是2013年德國一家研究所推出的以1mm長雙量子阱AlGaAs為放大芯片，通過體布拉格光柵形成外腔反饋獲得的780.24nm的基模輸出，輸出功率為120 mW，線寬為54kHz。

圖 10雙量子阱AlGaAs窄線寬激光器

分析可知，量子阱激光器可產生窄線寬、高功率的激光輸出。

圖 11所示結構是以單量子阱GaAsP作為有源區，LD芯片長3.9mm，輸入端面和輸出端面的反射率分別為0.9和10-4，以體布拉格光柵最為外腔反饋元件，獲得最大輸出功率為380mW，線寬為18 kHz的780nm激光輸出。

圖 11單量子阱GaAsP窄線寬激光器

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● 便攜，結構緊湊

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應用方向：

審核編輯黃宇