[激光原理与应用-28]：《激光原理与技术》-14- 激光产生技术 - 激光的主要参数与指标

目录

1、 激光器的门限电流与功率输出

2、激光器的调制增益

3、功率/能量密度

6、额定功耗

7、转换效率

8、光斑大小

9、线宽

10、激光器的谱线宽度。

11、激光器的相对强度噪声RIN。

12、激光器的线性范围。

13、带内平坦度

14、激光器的温度特性

15、激光器的交流等效输入阻抗。

16、性能可靠、寿命长

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1、 激光器的门限电流与功率输出

    激光的输出光功率与驱动电流并不成直线比例关系。

在门限电流（或称阈值电流）以下，激光器工作于自发射，输出光功率极小，

在门限电流以上，激光器工作于受激发射、输出激光、功率随电流的增大而上升，基本上成直线对应关系。

在实际应用中，我们要求门限电流越小越好。

激光器功率特性的线性程度对模拟光纤传输系统的非线性失真指标影响很大。

2、激光器的调制增益

    激光器的调制增益是指输出光功率与输入射频驱动电流的比值，如0.42mW/mA，表示输入驱动电流1mA，输出0.42mW的光功率，调制增益一般越大越好。

3、功率/能量密度

功率能量密度 = (单脉冲能量*所用频率)/光斑面积

6、额定功耗

额定功耗组成：

• 激光的能量损耗
• 激光输出功率
• 电路板的功耗等组成。

7、转换效率

• 光光转换效率
• 电光转换效率

8、光斑大小

激光光束的光斑是激光通过聚焦镜汇聚的一个焦点，在该焦点处激光功率密度最集中。
拿一个放大镜到太阳底下，太阳光经放大镜聚焦后会有一个亮点，该点就是光斑。

光斑越小，能量越集中。

9、线宽

激光光源发射光谱的半高全宽，即达到峰值一半高度（有时也取1/e），所对应的两个频率中间的宽度。

光从激光器中射出，激光起振后,会有一个或多个纵模产生, 每个纵模的频率的范围就是激光的线宽。

注意每个纵模的频率宽度和纵模之间的间隔是两个不同的概念,纵模间隔是相邻两个纵模中心频率的差值。激光线宽由谐振腔的品质因数决定,腔的品质因数越高,激光线宽就越窄。考虑激光介质的增益后,激光的线宽的理论极限由增益介质的自发辐射来决定,例如对于He-Ne,其线宽的理论极限约为10^-3Hz量级。

线宽的产生主要受激光器激发态原子或离子自发辐射、相位噪声、以及谐振腔机械振动、温度抖动等外界因素的影响。

线宽的数值越小，意味着光谱的纯净度越高，也就是激光的单色性越好。

拥有这类特点的激光器通常具有极小的相位或频率噪声和很小的相对强度噪声。

同时，激光器的线宽数值越小，对应的相干性越强，表现为极长的相干长度。

受激光器工作物质的固有增益线宽限制，依靠传统振荡器本身几乎无法直接实现窄线宽激光的输出。为了实现窄线宽激光运转，通常需要利用滤波器、光栅等器件对增益谱内的纵模数进行限制或选择，增加各纵模间净增益差异，使激光谐振腔内最终存在少数几个甚至只有一个纵模的振荡。在该过程中，往往也要控制噪声对激光输出的影响，尽量减少外界环境的震动和温度变化导致的谱线展宽；同时，还可以结合对相位或频率噪声谱密度的分析，了解噪声来源、优化对激光器的设计，从而实现稳定的窄线宽激光的输出。

10、激光器的谱线宽度。

    谱线宽度是指激光器发出的激光波长的范围，常用 Δλ来表示，激光器的谱线宽度越小，其单色性就越好，相应的输出特性也越好。

11、激光器的相对强度噪声RIN。

    激光器的相对强度噪声定义为单位频带宽度中噪声与输出光强的比值。常用dB/HZ作单位，激光器的噪声主要来源于激光器内光子涨落的量子噪声，相对强度噪声是描述激光器量子噪声特性的参数，我们希望它越小越好。

12、激光器的线性范围。

    激光器的线性范围指激光器能线性工作的最大范围，通常它越大越好

我们可以用饱和电流(即激光器输出饱和时对应的激励电流，当激励电流超过饱和电流时，再加大激励，也不能使输出光功率增加，这是可能会造成激光器的损坏)与阈值电流之差来近似的代表其线性范围，实际上在线性范围内，激光器的输出光功率随注入电流变化的曲线，也不是绝对的直线，我们总是希望它尽量接近直线，使其非线性失真指标尽不能小。

当温度升高时，阈值电流以1%—2%/ ºC的速度增大，而饱和电流则相应降低，使激光器的线性范围减小，因此在激光器内部要加温控装置，保持其工作稳定。

13、带内平坦度

    普通封装的激光器由于引线电感等分布参数的影响，频率响应并不理想，一般为±1dB（750MHZ带宽），在CATV领域，激光器的封装形式一般为蝶形封装，这种封装引线最短。

14、激光器的温度特性

    激光器的内部的晶体的特性对温度相当敏感，随着结温的升高，其输出功率将降低，当结温过高时，其输出功率将急剧减小，甚至损坏激光器。

另外，随着结温的升高，其门限电流也将增大，噪声增加，波长变化。

因此为了使激光器能稳定工作，必须先控制结温，以免给定偏置电流下的输出光功率随环境温度变化。

在实用化的器件中，都装有用于温度控制和半导体致冷器和热敏电阻。

15、激光器的交流等效输入阻抗。

    激光器的交流等效输入阻抗和输入频率有关；RF输入信号的频率带宽应小于共振频率FT，否则，输入阻抗升高，将导致调制系数的骤然上升，增加非线性失真。低于共振区的频率范围是一个平坦的曲线，这是可利用的频率范围，也就是我们平时所讲的光发的带宽。
    除以上参数外，描述激光器的参数还有发光效率，激光器寿命，工作稳定性等。

16、性能可靠、寿命长

激光二极管的寿命大大长于闪光灯，达15000小时以上

闪光灯的寿命只有300—1000小时。

激光半导体的泵浦能量稳定性好，比闪光灯泵浦优一个能量级，性能可靠，可制成全固化器件。