1、上節課回顧： 1、躍遷速率與愛因斯坦關系； 2、半經典理論求解B12； 3、凈受激發射的條件； 4、增益系數,閾值條件和增益分布,此時建立起粒子數的反轉分布，吸收系數就變為負的，半導體材料由光吸收介質變成了增益媒質。它可以使頻率處在增益帶寬范圍內的光輻射得到放大。增益系數為：,但這只是提供了產生激光的前提條件，要實際獲得相干受激輻射，必須將此增益介質置于光學諧振腔內，使光波在兩個腔面反射鏡之間通過增益介質來回反射面得到放大。如果光增益超過諧振腔引起的光損耗及其他損耗之總和，則貯存在腔內的光場將不斷增加；同時光增益是能夠飽和的，它會使光放大系數減小。下面討論與此相關的一些問題。,rst(E21)

2、:受激發射率,在該系統中能夠形成自持振蕩的條件是：當波在兩個腔面間經過多次反射回到原處時，波的振幅至少應等于起始值，波的相位一致。,ai是內部損耗系數，通常是由自由裁流子吸收和光學不均勻散射引起的，g為增益系數。,自持振蕩的條件,閾值增益為：,1、振幅,半導體和空氣界面處的功率反射系數R為：,2、振蕩的相位條件，即形成穩定振蕩的駐波條件,光子在諧振腔內來回一次所經歷的光程必須是波長的整數倍。當增益介質的折射率nR和腔長L一定時，每一個g值就對應著一個振蕩頻率或波長，或者說對應著一個振蕩的縱模模式。對式(1) 取微分后得到：,(1),對應于相鄰的縱模間隔，取：,色散項,自持振蕩的條件,該式表明，

3、縱模間隔與腔長成反比。半導體激光器的腔長很短，所以它的模間隔比氣體和固體激光器要大得多。但 (2)表示的只是諧振腔所允許存在的縱橫，它是一個無窮的系列，究竟激光器中能出現哪些縱模，還要由激光介質的增益譜寬和增益譜展寬機制等條件來決定。只有那些增益達到閡值條件而又被諧振腔允許的波長才能形成激光振蕩。,(2),增益譜計算,式中，常數a0(E21)表示絕對零度時的吸收。溫度和激勵水平的影響包含在(fcfv)中。若fcfv，則a0(E21)為負，吸收介質變為增益介質，以受激發射為主。若fcfv ，則a0(E21)為正，主要發生受激吸收利用增益的定義義可以寫出：,隨著激勵水平增加，能帶中載流子數增加，增

4、益曲線的最大值向更高的光子能量處移動 gmax(E)也增加。同時開始出現增益所對應的光子能量向高能方向移動。這是因為電子是從導帶底向上填充的注入電子濃度愈大，填充得就愈高，因而發光的峰值能量增加.,增益飽和,在低的光子密度時，載流子的空間和能量分布不受干擾，這時為不飽和增益。在高光子密度時是飽和增益。一個被激勵的半導體激光器，輻射受到放大時，它的能量關系為：,諧振控內的輻射強度不能無限止增加 ，因為在高光子密度時，導帶和價帶中的載流子濃度要顯著降低。這又造成費米能級漂移，使EF減小，同樣也使滿足粒子數反轉的狀態數減小。,空間燒孔和光譜燒孔效應,半導體激光的溫漂特性,半導體材料帶隙隨溫度變化；

5、半導體激光器腔長隨溫度變化。,半導體激光器的光場模式,三層波導結構中只存在TE模和TM模,TE模,TM模,電場Ey在三層平板介質波導的有源層外可能存在相當大的部分。這部分光場不與注入載流子發生相互作用，因而對激光器中的受激發射沒有貢獻。所以必須考慮光場分布在激光器有源層中所占的比率。,限制因子-垂直于pn結方向,平行于pn結方向-增益導引型結構,平行于pn結方向-折射率導引型結構,兩種結構的區別,半導體激光器常見結構,1、功率效率 加于激光器上的電功率轉換為輸出光功率的效率,半導體激光器的幾個效率參數,降低rs，特別是制備良好的低電阻率的歐姆接觸是提高功率效率的關鍵。改善管芯散熱環境，降低工作

6、溫度也有利于功率效率的提高。,2、內量子效率,半導體激光器的幾個效率參數,由于有源區內存在雜質缺陷及異質結界面態的非輻射復合和長波長激光器中的俄歇復合等因素，使得注入有源區的每一個電子空穴對不能100的產生輻射復合，即i總是小于1，但一般也有95左右，是轉換效率很高的激光器件。,3、外量子效率,半導體激光器的幾個效率參數,ex是考慮到有源區內產生的光子并不能全部發射出去，腔內產生的光子遭受散射、衍射和吸收，以及反射鏡端面損耗等。因為激光器有激射的閾值特性，所以當IIth時，P直線上升， ex變大。,半導體激光器的幾個效率參數,4 斜率效率(外微分量子效率, P-I曲線的斜率),閾值電流密度,有源區內的局部增益是均勻分布的，則模增益,分別是對應模式的增益和限制因子,為局部閾值增益系數,是鏡面末端損耗,是內部損耗,afc是有源區內的自由載流子吸收系數 aout包層中的吸收系數(主要也是自由載流子吸收) as是輻射遭受有源區晶格缺陷散射和厚度不均勻引起的損耗系數 ac是輻射滲入包層的損耗系數,Je和Jh分別是流過異質結勢壘的電子和空穴的漏電流 J2為有源區電流密度；i