激光二極管原理

2021-11-20 06:20:17|

來(lái)源：電子產(chǎn)品世界作者：

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導(dǎo)讀：激光筆、激光電筒、激光打印機(jī)等關(guān)于激光類的產(chǎn)品都少不了激光二極管的存在，那么激光二極管是如何工作的呢?和普通光電二極管又有什么區(qū)別呢?接下來(lái)本文將疑惑揭曉。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/279168.htm

激光二極管原理——關(guān)于激光

在講述激光二極管之前，首先要了解受激輻射。在光輻射中存在三種輻射過(guò)程，

Ⅰ:處于高能態(tài)的粒子自發(fā)向低能態(tài)躍遷，稱之為自發(fā)輻射;

Ⅱ:是處于高能態(tài)的粒子在外來(lái)光的激發(fā)下向低能態(tài)躍遷，稱之為受激輻射;

Ⅲ:是處于低能態(tài)的粒子吸收外來(lái)光的能量向高能態(tài)躍遷稱之為受激吸收。

自發(fā)輻射:即使是兩個(gè)同時(shí)從某一高能態(tài)向低能態(tài)躍遷的粒子，它們發(fā)出光的相位、偏振狀態(tài)、發(fā)射方向也可能不同，但受激輻射就不同，當(dāng)位于高能態(tài)的粒子在外來(lái)光子的激發(fā)下向低能態(tài)躍遷，發(fā)出在頻率、相位、偏振狀態(tài)等方面與外來(lái)光子完全相同的光。

在激光器中，發(fā)生的輻射就是受激輻射，它發(fā)出的激光在頻率、相位、偏振狀態(tài)等方面完全一樣。

任何的受激發(fā)光系統(tǒng)中即有受激輻射，也有受激吸收。只有受激輻射占優(yōu)勢(shì)，才能把外來(lái)光放大而發(fā)出激光。而一般光源中都是受激吸收占優(yōu)勢(shì)，只有粒子的平衡態(tài)被打破，使高能態(tài)的粒子數(shù)大于低能態(tài)的粒子數(shù)(這樣情況稱為離子數(shù)反轉(zhuǎn))，才能發(fā)出激光。

激光二極管原理——結(jié)構(gòu)

激光二極管的物理結(jié)構(gòu)是在發(fā)光二極管的結(jié)間安置一層具有光活性的半導(dǎo)體，其端面經(jīng)過(guò)拋光后具有部分反射功能，因而形成一光諧振腔。

在正向偏置的情況下，LED結(jié)發(fā)射出光來(lái)并與光諧振腔相互作用，從而進(jìn)一步激勵(lì)從結(jié)上發(fā)射出單波長(zhǎng)的光，這種光的物理性質(zhì)與材料有關(guān)。

激光二極管原理——工作原理

晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建激光二極管電場(chǎng)。

當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。

當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。

當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。

激光二極管原理——如何檢測(cè)

Ⅰ：阻值測(cè)量法：拆下激光二極管，用萬(wàn)用表R×1k或R×10k檔測(cè)量其正、反向電阻值。正常時(shí)，正向電阻值為20~40kΩ之間，反向電阻值為∞(無(wú)窮大)。若測(cè)得正向電阻值已超過(guò)50kΩ，則說(shuō)明激光二極管的性能已下降。若測(cè)得的正向電阻值大于90kΩ，則說(shuō)明該二極管已嚴(yán)重老化，不能再使用了。

Ⅱ：電流測(cè)量法：用萬(wàn)用表測(cè)量激光二極管驅(qū)動(dòng)電路中負(fù)載電阻兩端的電壓降，再根據(jù)歐姆定律估算出流過(guò)該管的電流值，當(dāng)電流超過(guò)100mA時(shí)，若調(diào)節(jié)激光功率電位器，而電流無(wú)明顯的變化，則可判斷激光二極管嚴(yán)重老化。若電流劇增而失控，則說(shuō)明激光二極管的光學(xué)諧振腔已損壞。