量子阱激光器的工作原理、種類及特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

量子阱激光器是有源層非常薄，而產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器。根據(jù)有源區(qū)內(nèi)阱的數(shù)目可分為單量子阱和多量子阱激光器。量子阱激光器在閾值電流、溫度特性、調(diào)制特性、偏振特性等方面都顯示出很大的優(yōu)越性，被譽(yù)為理想的半導(dǎo)體激光器，是光電子器件發(fā)展的突破口和方向。

在普通的雙異質(zhì)結(jié)激光器中，因?yàn)橛性磪^(qū)的三維尺寸都遠(yuǎn)大于電子平均自由程，因而電子的態(tài)密度函數(shù)為拋物線型，當(dāng)載流子被限制在寬度與其德波羅意波長(zhǎng)相當(dāng)或更小的阱中時(shí)，則其態(tài)密度函數(shù)為類似階梯形。如圖1（a）所示，載流子復(fù)合躍遷將發(fā)生在各量子能級(jí)之間，在一般情況下受選擇定則支配。此時(shí)注入電子的分布與峰值增益分布如圖1（b）（c）所示。如果不考慮其他因素的影響，載流子運(yùn)動(dòng)受限越強(qiáng)，其閾值電流應(yīng)越低。

量子阱激光器有兩種類型：量子線激光器和量子點(diǎn)激光器。

1、量子線激光器：量子線激光器是通過其“心臟”部分的一個(gè)極小的線狀的芯而降電轉(zhuǎn)化為光的，由于它的工作電流將比以前的激光器要小得多，故在未來的信息處理裝置中將是非常有用的。量子線激光器所需激活電流極低，能夠在電路之間起到微型光通訊系統(tǒng)的作用。

2、量子點(diǎn)激光器：量子點(diǎn)激光器的性能與量子階激光器或量子線激光器相比，具有更低的閥值電流密度、更高的特征溫度和更高的增益等優(yōu)越特性。

特點(diǎn)：

1. 在量子阱中，態(tài)密度呈階梯狀分布，量子阱中首先是Elc和Elv之間電子和空穴參與的復(fù)合，所產(chǎn)生的光子能量hv=Elc-Elv》Eg，即光子能量大于材料的禁帶寬度。相應(yīng)地，其發(fā)射波長(zhǎng)凡小于所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，即出現(xiàn)波長(zhǎng)藍(lán)移。

2. 在量子阱激光器中，輻射復(fù)合主要發(fā)生在Elc和Elv之間，這是兩個(gè)能級(jí)之間的電子和空穴參與的復(fù)合，不同于導(dǎo)帶底附近的電子和價(jià)帶頂附近的空穴參與的輻射復(fù)合，因而量子阱激光器光譜的線寬明顯地變窄了。

3. 在量子阱激光器中，由于勢(shì)阱寬度Lx通常小于電子和空穴的擴(kuò)散長(zhǎng)度Le和Ln，電子和空穴還未來得及擴(kuò)散就被勢(shì)壘限制在勢(shì)阱中，產(chǎn)生很高的注入效率，易于實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，其增益大大提高，甚至可高達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

4. 量子阱使激光器的溫度穩(wěn)定條件大為改善，AIGalnAs量子阱激光器的特征溫度可達(dá)150K，甚至更高。因而，這在光纖通信等應(yīng)用中至關(guān)重要。

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