电子元件科普:激光二极管的原理与结构

          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。激光二极管是上世纪60年代发明的一种光源半导体激光器，又称镭射管(LaserDiode)。LASER是取"LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(基于受激发射的光放大)"的首字母组成的缩写单词，通常简称为LD。包括单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。由于可产生波长及相位等性质完全一样的光，因此相干性高是其最大特点。下面一起来看看激光二极管的原理与结构：

 

    1.工作原理

 

 

    如上图所示，激光二极管中的P-N结由两个掺杂的砷化镓层形成。它有两个平端结构，平行于一端镜像(高度反射面)和一个部分反射。要发射的光的波长与连接处的长度正好相关。当P-N结由外部电压源正向偏置时，电子通过结而移动，并像普通二极管那样重新组合。当电子与空穴复合时，光子被释放。这些光子撞击原子，导致更多的光子被释放。随着正向偏置电流的增加，更多的电子进入耗尽区并导致更多的光子被发射。最终，在耗尽区内随机漂移的一些光子垂直照射反射表面，从而沿着它们的原始路径反射回去。

 

    反射的光子再次从结的另一端反射回来。光子从一端到另一端的这种运动连续多次。在光子运动过程中，由于雪崩效应，更多的原子会释放更多的光子。这种反射和产生越来越多的光子的过程产生非常强烈的激光束。在上面解释的发射过程中产生的每个光子与在能级，相位关系和频率上的其他光子相同。因此，发射过程给出单一波长的激光束。为了产生一束激光，必须使激光二极管的电流超过一定的阈值电平。低于阈值水平的电流迫使二极管表现为LED，发出非相干光。

 

    简单来说，如下图所示，利用注入电流产生的光在2片镜片之间往返放大，直至激光振荡。因此，激光二极管也可以说成是一个通过反射镜将光放大的发光LED。

 

 

 

    2.内部结构

 

    以当前市面上最常见这种激光二极管实物为例，说明一下激光二极管的大致构造情况：

 

 

    由上图可见，激光二极管LASER内包括四个部分：第一部分是激光发射部分(可用LD表示)，它的作用是发射激光;第二部分是光电二极管，是激光的接收反馈器(可用PD表示)，它的作用是接收、监测LD发出的激光(当然，若不需监测LD的输出，PD部分则可不用)，此外这两个部分还要一个共用公共电极。因此，通常激光二极管有三个电极;第三部分是玻璃盖片做的镜头，其作用是防尘还有谐振腔的用途;第四部分是金属外壳，主要固定、屏蔽外界干扰信号和散热的作用。

 

 

    以上就是《电子元件科普:激光二极管的原理与结构》的介绍了。由于激光二极管发射的激光有可能对人眼造成伤害，所以二极管在工作时一定要谨慎，严禁直接注视其端面，透过镜片直视激光和透过反视镜观察激光也是不可以的。