基础知识之激光二极管

时间: 2024-03-22 19:16:17 |   作者: 提升设备

  因为可产生波长及相位等性质彻底相同的光，因而相干性高(coherent)是其最大特色。

  运用注入电流产生的光在2片镜片之间往复扩大，直至激光振动。简略的说，激光二极管也可以说成是一个经过反射镜将光扩大的发光LED。

  作为元件资料，运用AlGaAs、InGaAlP、InGaN、ZnO等化合物半导体，因为LSI及Tr、Di等运用的Si跃迁概率（电流转变为光的概率）较差，因而不适用于激光二极管。

  将激光二极管和LED的差异汇总在了下表中。 因为激光二极管的谱宽是狭隘单一的波长、相位规整、指向性高的光，因而具有简单操控能量的特征。

  激光二极管充沛的运用直进性、细小光斑尺度 (数um～)、单色性、高光密度、相干性 (coherent) 这些特色，被用在各种运用上面。 最近，运动传感器、HDD热辅佐磁性记载、照明（投影仪、前照灯）上也在运用。

  激光二极管的封装，干流为业界规范的φ5.6mm CAN型，也有注重本钱类型的没有玻璃盖片的产品。

  在Quad beam LD及部分通讯类产品中，尺度大的有φ9.0mm，备有各种封装。别的，在光盘范畴，为了逐渐降低本钱，也有选用树脂制造的结构封装等。

  法布里-珀罗型LD是由n/p包层、夹在包层之间的有源层(发光层) 和2片镜片端面构成。

  因为包层资料的禁带宽度比有源层宽，因而将载体（电子和空穴）能量性的关闭起来。而且，因为包层资料的折射率比有源层小，因而光也关闭在有源层内。(与光纤的原理相同)

  有源层和包层由纳米级可控的外延成长出产，条形(电极)以微米级可控的光刻法制造。

  外延成长:薄膜结晶成长技能的一种，在原有晶片上进行成长，使之以电路板结晶面共同的结晶摆放成长。

  光刻法:一种将涂敷了感光性物质的外表曝光，运用曝光部分和未曝光部分生成图画的技能。

  下图是注入电流-光输出 (I-L) 特性。 假如激光二极管经过扩大得到的增益（Gain）高于内部损耗和磁镜损耗，则产生振动。即存在振动电流阈值。 最大输出遭到扭折（电流-光输出直线的折弯）、COD（端面光损坏）、温度引起的热饱满等的约束。

  将受光面相对光轴歪斜5~20°，以防止来自光功率计受光面的反射光返回到激光二极管。

  监督电流 (Im) 是用内置的光电二极管监督从激光芯片后边射出的激光时的输出电流。

  注：因为这些丈量受温度影响很大，所以请在激光二极管上装置散热板，运用温度操控器在操控壳体温度的状态下丈量。

  半导体激光器宣布的光并不都是直线光，因衍射导致分散发射。 因为芯片内的共振器（有源层和条形电极）的笔直方向是以数10nm级，水平方向是以数μm级制造而成，因而一般来说，远场图在有源层上的笔直方向比水平方向要大。

  运用APC驱动器，使激光二极管的光输出坚持必定。 光电二极管的受光面朝向激光芯片的发光面，在以发光点为中心的圆周上使之移动，丈量正面为0度时的视点和光强度的联系。 在激光芯片的有源层上，沿水平方向和笔直方向别离进行移动。

  Auto Power Controll的简称，是输出必定驱动的意思。 LED一般运用的是ACC（恒流驱动），但LD的用途上，运用ACC时输出的安稳程度不行。因而，一般的激光二极管中都内置光电二极管用于监督，设置在封装内部，使之可以接纳到来自芯片后端的光。 使该光电二极管的输出 (Im：监督电流)坚持必定的反应驱动电路叫作APC驱动器（电路）。

  振动波长用符号λ表明，单位是nm（纳米）。 由有源层结晶资料具有的禁带宽度和芯片结构参数的共振器长度决议。 共振器长度存在许多候选振动波长，但禁带宽度周围增益最大的波长产生振动。 假如结区（有源层）温度上升，则共振器长度产生物理伸长或折射率变大，假如壳体温度及光输出增大，则振动波长将变长。

  运用APC驱动器，使LD的光输出坚持必定。 运用集光镜头令激光入射到光纤上，再经过光纤输入光谱分析仪，观测振动光谱。

  激光二极管接合部在笔直方向和水平方向上外观的焦点方位不同。将这2个焦点间的间隔界说为像散差 (As)。

  像散差经过[图1]所示的刀缘法丈量。 将半导体激光器的光束用刀缘从一侧切下去。

  假如对经过刀缘的光量和刀缘的方位（X）进行绘图，就能得到激光束的积分值。

  移动半导体激光器的端面方位 (Z) ，丈量光束直径。 制作和半导体激光器的接合方向笔直、水平的各方向的光束直径和端面方位。[图4]

  1) 因为与其他的分立式产品比较，ESD水平十分低，因而假如在正向上参加浪涌，则过量发光，导致端面损坏，激光无法振动。

  Electro Static Discharge 的简称，意思是静电放电。 2) 运用时，请不要接触作为镜片发挥作用的端面。 （其他的分立式产品一般可以将端面作为“裁切余量”运用 。）

  LiDAR是Light Detection And Ranging（激光勘探与测距）的缩写，是运用近红外光、可见光或紫外光照耀目标物，并经过光学传感器捕获其反射光来丈量间隔的遥感（运用传感器从远处进行感应）办法。

  也被称为“Laser Imaging Detection And Ranging（激光成像检测与测距）”，一般以脉冲状近红外激光照耀目标物，计量光线抵达目标物并反射回来的时间差。

  谈到运用LiDAR技能的运用，首要想到的是轿车的高档主动驾驭体系。 据称该技能是完成全主动驾驭（五级）所必不可少的技能。

  此外，该技能还被用于高精度检测人和物体，例如消费电子范畴的扫地机器人和高尔夫测距仪，以及工业设备范畴的主动搬运车（AGV）和服务机器人等。

  在ADAS（高档驾驭辅佐体系：例如主动刹车和车道坚持辅佐体系）中，摄像头和毫米波雷达交融的方法是干流挑选。但是，一般以为要想完成轿车的无人驾驭，则需求加上LiDAR技能，选用这三种技能相交融的方法。 可以说，要想完成高档主动驾驭体系，需求扬长避短地充沛的运用这三种技能，而且三者缺一不可。

  要进步LiDAR的功能，如完成“更长间隔”和“更高空间分辨率”的感测，要求作为感测光源的激光二极管具有更高输出功率、更高功率以及更小的光束光斑。 ROHM可以给我们供给一起满意这两项要求的激光二极管。