激光二極管原理

　　導讀：激光筆、激光電筒、激光打印機等關(guān)于激光類(lèi)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別呢?接下來(lái)本文將疑惑揭曉。

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，

　?、?處于高能態(tài)的粒子自發(fā)向低能態(tài)躍遷，稱(chēng)之為自發(fā)輻射;

　?、?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(chēng)之為受激輻射;

　?、?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(chēng)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)光系統中即有受激輻射，也有受激吸收。只有受激輻射占優(yōu)勢，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，只有粒子的平衡態(tài)被打破，使高能態(tài)的粒子數大于低能態(tài)的粒子數(這樣情況稱(chēng)為離子數反轉)，才能發(fā)出激光。

激光二極管原理——結構

　　激光二極管的物理結構是在發(fā)光二極管的結間安置一層具有光活性的半導體，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)一步激勵從結上發(fā)射出單波長(cháng)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型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建激光二極管電場(chǎng)。

　　當不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場(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散電流增加引起了正向電流。

　　當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，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。

　　當外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結空間電荷層中的電場(chǎng)強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數值很大的反向擊穿電流，稱(chēng)為二極管的擊穿現象。

激光二極管原理——如何檢測

　?、瘢鹤柚禍y量法：拆下激光二極管，用萬(wàn)用表R×1k或R×10k檔測量其正、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。若測得的正向電阻值大于90kΩ，則說(shuō)明該二極管已嚴重老化，不能再使用了。

　?、颍弘娏鳒y量法：用萬(wàn)用表測量激光二極管驅動(dòng)電路中負載電阻兩端的電壓降，再根據歐姆定律估算出流過(guò)該管的電流值，當電流超過(guò)100mA時(shí)，若調節激光功率電位器，而電流無(wú)明顯的變化，則可判斷激光二極管?chē)乐乩匣?。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。

　　拓展閱讀：

　　半導體激光二極管

　　激光二極管LD驅動(dòng)電路設計-其他光電實(shí)用電路圖

　　激光二極管的主要參數-電子器件知識電路圖

　　有助于防止激光二極管毀壞的激光仿真器