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激光器的弛豫振荡是怎么回事?

李东霏 2026-05-30 16:52:53 人看过

半导体激光器在阶跃电流驱动下,光功率从零开始上升。首先需要在有源区积累载流子,使其密度达到阈值。

光功率从脉冲幅值的10%上升到90%的时间叫上升时间;从90%下降到10%的时间叫下降时间。

可以看到,激光器从一个低于阈值的状态突然跳变到高于阈值时,并没有立刻稳定在目标值,而是出现了几次高低起伏,慢慢才稳定下来。

这种“冲过头、再拉回来、反复几次”的现象,就是弛豫振荡。

弛豫振荡,从粒子反转的角度来看,其实就是持续泵浦不断建立粒子反转,而受激辐射又持续消耗反转粒子、释放光子,连带光功率一同振荡衰减的过程。

从电子与光子的密度来看,驱动电流开启后,电子密度先被泵浦推高,超过阈值。电子与空穴复合释放能量,产生一个光子,也就是受激辐射,然后光子密度快速上升。

在这个过程中,受激辐射会大量消耗电子,使电子密度回落。两者反复反相振荡,幅度逐渐衰减,最终稳定在平衡状态。

而这种振荡的快慢,也就是它的弛豫振荡频率,是可以通过理论公式直接计算出来的。

载流子/光子寿命越短,弛豫振荡频率越高。偏置电流越高,弛豫振荡频率越高,激光器响应速度越快。

弛豫振荡会直接体现在光脉冲的波形上,且对应频域响应中的谐振峰,和RC效应一起,共同决定激光器的调制带宽。


若有不准确地方请指正。

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