§3.3 激光二极管LD

1、LD的发光机理

    LD 的发光机理是受激发光，即利用LD 中的谐振腔发生振荡而激发出许许多多的频率相同的光子，从而形成激光。

    用半导体工艺技术在PN结两侧加工出两个相互平行的反射镜面，这两个反射镜面与原来的两个解理面（晶体的天然晶面）构成了谐振腔结构。当在LD两端加上正偏置电压时，象LED 一样在PN 结区域内因电子与空穴的复合而释放光子。而其中的一部分光子沿着和反射镜面相垂直的方向运动时，会受到反射镜面的反射作用在谐振腔内往复运动。只要外加正偏置电流足够大，光子的往复运动会激射出更多的、与之频率相同的光子，即发生振荡现象，从而发出激光。此之所谓受激发光。

2、LD的优点

    ① 发光谱线窄

    由于在谐振腔内因振荡而激射出来的光子，具有大小基本相同的频率，因此LD所发出的光之谱线十分狭窄，仅有1～5nm。从而大大降低了光纤的色散，增大了光纤的传输带宽。故LD能适用于大容量的光纤通信。

    谈到光源的谱宽，有两种谱宽的定义，即根均方谱宽与半值谱宽（对多模激光器而言）。

    假设光源的谱宽服从高斯分布，如图3.2 所示。

    所谓根均方谱宽δλrms，是指对应于幅度等于中心波长幅度的0.61 倍时的谱线宽度。而所谓半值谱宽是指对应于中心波长幅度的一半时的谱线满宽度。

    可以证明它们两者具有以下关系：

    δλ1/2=2.35δλrms （3.1）

    ② 与光纤的耦合效率高

    由于从谐振腔反射镜输出的光，其出光方向一致性好，发散角小，所以LD与光纤的耦合效率较高，一般用直接耦合方式就可达20％以上。如果采用适当的耦合措施可达90％。由于耦合效率高，所以入纤光功率就比较大，故LD适用于长距离的光纤通信。