半导体激光器的发展与运用
半导体激光器的研究进展
半导体激光器的研究进展摘要：本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。
以及对单晶光纤激光器进行了重点描述，因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，近年来成为新型固体激光源研究的热点。
一、引言。
激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。
半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心，涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术，所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。
半导体激光历经五十余年发展，作为一个世界前沿的研究方向，伴随着国际科技进步突飞猛进的发展，也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。
半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视，不仅在基础科学领域不断研究深化，科学技术水平不断提升，而且在应用领域上不断拓展和创新，应用技术和装备层出不穷，应用水平同样取得较大幅度的提升，在世界各国的国民经济发展中，特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。
本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述，同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，本文也将对其做重点描述。
二、大功率半导体激光器的发展历程。
1962 年，美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。
由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高，需要5 × 104～1 ×105 A /cm2，因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。
从此开始，半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。
1963 年，美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，构成异质结构，以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。
随着异质结材料的生长工艺，如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展，1967年，IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。
半导体激光器的工作原理及应用
半导体激光器的工作原理及应用摘要：半导体激光器产生激光的机理，即必须建立特定激光能态间的粒子数反转，并有合适的光学谐振腔。
由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性，一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处，另一方面所产生的激光光束也有独特的优势，使其在社会各方面广泛应用。
从同质结到异质结，从信息型到功率型，激光的优越性也愈发明显，光谱范围宽，相干性增强，是半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。
关键词：受激辐射；光场；同质结；异质结；大功率半导体激光器The working principle of semiconductor lasers and applications ABSTRACT: The machanism of lasing by semiconductor laser,which requires set up specially designated reverse of beam of particles among energy stages,and appropriate optical syntonic coelenteronAs the specificity of structure from semiconductor and moving electrons.something interesting happens.On the one hand,the specific process in producing lase,on the other hand,the beam of light has unique advantages。
As the reasons above,we can easily found it all quartersof the society.From homojunction to heterojunction,from informatics to power,the advantages of laser are in evidence,the wide spectrum,the semiconductor open the epoch in the process of laser. Key worlds: stimulated radiation; optical field; homojunction; heterojunction; high-power semiconductor laser 0 前言半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管（LD），是20世纪60年代发展起来的一种激光器。
半导体激光器的应用
半导体激光器的应用医疗领域是半导体激光器的主要应用领域之一、激光器可以通过光热效应将光能转化为热能，用于治疗皮肤病、血管瘤、青春痘等病症。
此外，激光刀也是目前广泛使用的治疗癌症的手术工具，激光光束能够定点破坏癌细胞，保护周围健康组织，达到肿瘤切除的目的。
通信领域是半导体激光器的另一个重要应用领域。
半导体激光器可以产生高度单色的光束，被广泛应用于光纤通信中的光源。
激光器可将电信号转化为光信号，通过光纤传输，具有传输距离远、带宽大等优点。
目前，光纤通信已经成为主要的通信方式，而激光器又是光纤通信的关键设备之一激光显示器也是一种半导体激光器的应用。
激光显示器利用激光束扫描方式进行图像显示，能够实现高清晰度和高亮度的图像效果。
与传统液晶显示器相比，激光显示器具有色彩饱和度高、对比度大等优势，并且能够生产超薄、柔性显示器，因此广受关注。
材料加工领域也是半导体激光器的重要应用之一、激光束的光能可以在物体上产生高温，从而实现快速切割、焊接、打孔等加工工艺。
激光加工具有加工速度快、无接触、操作灵活等特点，被广泛应用于制造业中的精密加工、微细加工等领域。
半导体激光器还在军事领域、光电子器件领域、生物医学领域、环境监测领域等得到广泛应用。
例如，激光雷达可以实现精确测距，被广泛应用于军事侦察、安防监控等领域；激光测距仪可以应用于仪器仪表、工程测量等领域；激光扫描仪可以实现三维重建，被广泛应用于航空测绘、地质勘探等领域。
总之，半导体激光器在各个领域中都有着重要的应用，随着科技的不断进步和发展，半导体激光器的应用前景也将越来越广阔。
半导体激光器的原理及应用论文
本科毕业论文题目：半导体激光器的原理及应用院（部）：理学院专业：光信息科学与技术班级：光信071姓名：张士奎学号：2007121115指导教师：张宁玉完成日期：2010年10月21日目录摘要·IIABSTRACT··IV1前言·11.1光纤传感器技术及发展·12光纤传感器的发展历程·32.1光纤传感器的发展简史·32.2光纤传感器的原理及组成·42.2.1基本原理·42.2.2光纤传感器的基本组成·52.2.3光纤传感器的特点··62.3光纤传感器的研究领域·73光纤传感器的分类及研究方向·143.1荧光光纤传感器·143.2分布式光纤监测技术·153.3光纤传感器在未来的新趋势·154光纤传感器的应用··84.1半导体激光器在激光光谱学中的应用·84.2半导体激光器在光固化快速成型中的应用·8 4.3大功率半导体激光器的军事应用·94.4半导体激光器在医疗上的应用·104.5半导体激光器在数字通信中的应用··124.6半导体激光器在激光打印及印刷市场中的应用··13 结论·17致谢·18参考文献·19摘要激光技术自1960年面世以来得到了飞速发展，作为激光技术中最关键的器件激光器的种类层出不穷，这其中发展最为迅速，应用作为广泛的便是半导体激光器。
半导体激光器的发展迅速,以其独特的性能及优点获得了广泛的应用. 本文介绍了半导体激光器的原理、结构、进展。
还介绍了半导体激光器在激光测距、激光引信、激光制导跟踪、激光瞄准和告警、激光通信、光纤陀螺以及国民经济等各个领域中的应用。
大功率半导体激光器在军事领域和工业领域有着广泛的应用。
半导体激光器发展历程
半导体激光器发展历程
1960年，邪恶亚历山大·米勒（Alexander Mihailov）首先发明了
被称为“半导体激光”的器件，但当时，这种激光器仍不够成熟，发出的
激光还不够强。
随后，在米勒的建议下，美国科学家伯克利·威廉姆斯（Berkeley Williams）和英国科学家理查德·威尔斯（Richard Wells）
发明了第一台持久的半导体激光器。
1966年，波士顿喷气研究实验室的科学家马克·埃尔曼（Mark Elman）用GaAs掺杂GaP作为第一次成功的半导体单晶发射激光，其后，
很多科学家也投身到半导体激光器的研究中，致力于把半导体激光器发展
成一个可以更广泛应用于实际场合的技术。
1970年，物理学家丹尼尔·鲍罗斯（Daniel Bowers）利用半导体单
晶发出了可以到达远距离的激光，在同一年，物理学家斯蒂芬·贝尔特（Stephen Belt）也用GaAs掺杂AlGaAs做成了发射激光的半导体激光器，贝尔特的这项成果为广泛应用于通信领域的激光器奠定了基础。
半导体激光器ppt课件
应用：
半导体激光器应用十分广泛，主要分布在军事、生产和医疗方面：
军事：Ⅰ)激光引信。半导体激光器是唯一能够用于弹上引信的激光器。 Ⅱ)激光制导。它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。 Ⅲ)激光测距。主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域。 Ⅳ)激光雷达。高功率半导体激光器已用于激光雷达系统
目录
CONTENTS
1 基本介绍及发展 2 基本原理及构成
3 主要特性
4 分类、应用及发展前景
基本介绍及发展
高能态电子束>低能态电子束
高能态
低能
态
同频同相
的光发射
同频同相光 谐振腔内多次往返
放大
激光
激光：通过一定的激励方 式，实现非平衡载流子的 粒子数反转，使得高能态 电子束大于低能态电子束， 当处于粒子数反转状态的 大量电子与空穴复合时， 便产生激光。
激光具有很好的方向性和 单色性。用途十分广泛
高功率半导体激光器
① 、1962年9月16日，通用电气公司的罗伯特·霍尔 （Robert Hall） 带领的研究小组展示了砷化镓（GaAs）半导体的红外发射， 首个半 导体激光器的诞生。 ②、70年代，美国贝尔实验室研制出异质结半导体激光器，通过对光 场和载流限制，从而研制出可在室温下连续运转且寿命较长的激光器。 ③、80年代，随着技术提升，出现了量子陷和超晶格等新型半导体激 光器结构； 1983年，波长800nm的单个输出功率已超过100mW，到 了1989年，0.1mm条宽的则达到3.7W的连续输出，转换效率达39%。 ④、90年代在泵浦固体激光器技术推动下，高功率半导体激光器出现 突破进展。。1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线阵 连续波输出功率达121W，转换效率为45%。
半导体激光器的原理及其应用PPT
高功率半导体激光器的可靠性是关键问题之一，需要解决长 时间运行下的热效应、光束质量变化和器件失效等问题。研 究和发展高效散热技术、光束控制技术和寿命预测技术是提 高可靠性的重要途径。
多波长与调谐技术
多波长
多波长半导体激光器在通信、光谱分析和传感等领域具有重要应用。实现多波长输出的关键在于利用 增益耦合或波导耦合等技术，将不同波长的光场限制在相同的谐振腔内，以实现波长的稳定和可控。
跃迁过程
在半导体中，电子从价带跃迁到导带是通过吸收或释放光子的方 式实现的。当电子从导带回到价带时，会释放出能量，这个能量 以光子的形式辐射出来。
载流子输运与动态过程
载流子输运
在半导体中，电子和空穴的输运受到 散射和扩散机制的影响。散射机制包 括声学散射和光学散射等，扩散机制 则是由浓度梯度引起的。
80%
表面处理
利用半导体激光器的热效应，对 金属、塑料等材料表面进行硬化 、熔融、刻蚀等处理，提高材料 性能和外观质量。
生物医疗与科学仪器
医学诊断
半导体激光器在光谱分析、荧 光检测等领域有广泛应用，可 用于医学诊断和药物分析。
生物成像
利用半导体激光器的相干性和 单色性，实现光学成像和干涉 测量，在生物学、医学、物理 学等领域有广泛应用。
详细描述
在光纤通信中，半导体激光器 作为信号源，通过调制产生的 光信号在光纤中传输，实现信 息的快速、远距离传输。
应用优势
半导体激光器具有体积小、功 耗低、调制速度快、可靠性高 等优点，适用于大规模、高容 量的光纤通信系统。
发展趋势
随着5G、物联网等技术的发展 ，光纤通信的需求不断增加， 半导体激光器的性能和可靠性 也在不断提升。
光谱分析
半导体激光器作为光源，可用 于光谱分析技术，检测物质成 分和结构，广泛应用于环境监 测、化学分析等领域。
半导体激光器的应用
半导体激光器的应用半导体激光器的应用摘要：半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的激光导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展、半导体激光器体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用范围遍及的领域越来越宽广，其的出现带来了巨大的变化，使科技更发达，人们生活更加丰富多彩，应用范围遍及医学、科技、航天交通，通信等各个领域。
自从1962 年世界上第一台半导体激光器(Diode Laser)发明问世以来[ 1] , 由于其体积小、重量轻、易于调制、效率高以及价格低廉等优点, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一. 四十几年来半导体激光器逐步应用在激光唱机、光存储器、激光打印机、条形码解读器、光纤电信以及激光光谱学中, 不断扩大应用范围, 进入了一些其它类型激光器难以进入的新的应用领域.半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是由GaAS(砷化镓),InAS(砷化铟),Insb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器半导体激光器的原理半导体的能带结构。
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半导体激光器的发展与运用
0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子
阱
（单、多量子阱）等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延（LP日、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相淀积（MOCVD）、化学束外延（CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度
重视。
1 半导体激光器的历史
半导体激光器又称激光二极管（LD）。
随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。
20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。
在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（KeyeS和奎斯特（Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。
半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs,GaAIAs所组成的激光器。
单异质结注人型激光器（SHLD，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光
器。
1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化稼一稼铝砷）激光器. 在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs 二极管激光器.
从20 世纪70 年代末开始, 半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。
在泵浦固体激光器等应用的推动下, 高功率半导体激光器（连续输出功率在100W 以上,脉冲输出功率在5W 以上, 均可称之谓高功率半导体激光器）在20 世纪90 年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出
已达到600W另外，还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。
其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出
光束进行调制。
20 世纪90 年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展。
目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD
等方面发展。
2半导体激光器的应用
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器。
目前, 已经广泛应用于通讯、测距、精密仪器加工,光集成的信息存储和信息处理等。
在光纤通讯中,半导体激光器是光纤通讯系统的唯一实用化的光源,而且光纤通讯已经成为当代通讯的主流。
到如今,它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源。
在激光测距中,激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确,其误差仅为其它光学测距仪的1/5 到数百分之一,因而被广泛用于地形测量,战场测量,坦克,飞机,舰艇和火炮对目标的测距,测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。
在精密仪器加工中,借助Q 开关半导体激光器产生的高能量超短光脉冲,可以对集成电路进行切割、打孔等。
在光集成的信息存储应用中,人们采用短激光波长读出光盘的内容,采用蓝、绿激光来提高光盘的存储密度。
在信息处理应用中, 表面发射半导体激光器二维阵列是光并行处理系统的理想光源,且用于光计算机和神经网络中。
此外,半导体激光器还运用在环境检测和医疗中。
在环境检测中,通过分析光谱来分析环境气体,从而监测大气污染、汽车尾气等。
在医疗方面,半导体激光除了用于软组织切除,组织接合,凝固和汽化等外,还用于激光动力学治疗,将与肿瘤有亲和性的光敏
物质有选择地聚集在癌组织内,通过半导体激光的
照射,使癌组织坏死,而对健康组织毫无损害。
3 结论
半导体激光器的波长范围宽,制作简单、成本低、易于大量
生产,并且体积小、重量轻、寿命长。
因此,品种发展快,运用十分广泛。
虽然我国半导体激光器的研制和生产技术有了一定的基础,但要与国际上迅速发展的趋势相比,我国还有一些差距,这需要我们刻苦专研,努力创新。
参考文献：
[1] 张兴，等。
微电子学概论[M]. 北京：北京大学出版社，
2000,1.
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[3] 付燕军，邹文栋，肖慧荣，甘月红。
半导体激光器驱动电
路的光功率控制的研究[J]红外与激光工程，2005,34 (5)。
[4] 周崇喜，刘银辉，谢伟民，杜春雷。
大功率半导体激光器
阵列光束光纤耦合研究[J].中国激光，2004,31( 11)。
[5] 王德，李学千。
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