激光器的弛豫振荡是怎么回事？

2026-06-12
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。


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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。


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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。



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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。


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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。


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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。


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