激光二极管在电力电子和通信领域的应用

[导读]激光二极管的结构包括P型和N型半导体，中间是一个未掺杂的本征半导体区域。

激光二极管(LD)的工作原理基于受激辐射发光，通过电流注入在有源区产生光子，并在谐振器内反射形成激光。‌ 激光二极管的结构包括P型和N型半导体，中间是一个未掺杂的本征半导体区域。当正向偏压施加时，电子和空穴被注入到有源区，电子从导电带跳至价带与空穴复合，释放出光子。这个过程涉及吸收、自发发射和受激发射三种机制。受激发射是激光二极管产生激光的关键过程，每个入射光子能诱导出两个同相位、同波长的光子。‌12激光二极管的发射过程需要超过一定的阈值电流，低于阈值电流时，二极管表现为发光二极管(LED)，发出非相干光。当电流超过阈值时，光子在有源层内被放大，并在谐振器内反射，形成激光束。这种反射和产生越来越多的光子的过程产生非常强烈的单一波长的激光束。

激光二极管在电力电子和通信领域有广泛应用，如信号传输、光纤通信、光盘读写和自动化传感器等。尽管激光二极管对温度和光反馈敏感，且成本较高，但其快速响应和高量子效率使其在高精度应用中显著优于LED。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。

何谓注入电流-光输出 (I-L) 特性?

下图是注入电流-光输出 (I-L) 特性。

如果激光二极管通过放大得到的增益(Gain)高于内部损耗和磁镜损耗，则产生振荡。即存在振荡电流阈值。

最大输出受到扭折(电流-光输出直线的折弯)、COD(端面光破坏)、温度引起的热饱和等的限制。