半导体激光器的发展及其应用
半导体激光器的发展及其应用
浅谈半导体激光器及其应用摘要：近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。
由于半导体激光器的一些特点，使得它目前在各个领域中应用非常广泛，受到世界各国的高度重视。
本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。
关键词：半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。
自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。
近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。
半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。
由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。
一、半导体激光器半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。
半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。
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。
绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。
因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。
对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。
它们所发出的波长在0.3～34μm之间。
其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750～890nm。
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。
红光半导体激光器的发展及其应用
红光半导体激光器的发展及其应用红光半导体激光器是一种使用高能电流在半导体材料中产生的激光。
它与其他激光器相比，具有更高的功率输出和更短的脉冲宽度，被广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域。
红光半导体激光器的发展历程可以追溯到20世纪60年代。
最早的红光激光器是基于气态物质的He-Ne激光器，但由于其制造成本较高且无法满足高功率输出的需求，半导体激光器逐渐引起人们的注意。
20世纪70年代末80年代初，红光半导体激光器得到了重要的突破。
在DOE（美国能源部）的支持下，日本电气公司和美国IBM公司开发出了使用铝镓砷等复合材料的红光半导体激光器。
这种激光器获得了更高的功率输出和更短的激光脉冲宽度，为今后红光半导体激光器的应用奠定了基础。
针对其功率输出和波长范围的不足，1990年代初，德国的西门子公司和美国的通用电气公司分别开发了GaAlAs和InGaAs的红光半导体激光器，进一步提高了其性能。
之后，日本三菱公司、美国飞利浦公司、中国中科院西安光机所等企业和机构也相继推出了红光半导体激光器的新型材料和技术。
红光半导体激光器的应用领域主要集中在医疗、通信和材料加工三个方面。
在医疗方面，它可以被用于视网膜治疗、牙齿美容、皮肤除毛等；在通信方面，它可以被用于红外光通信系统、全息术、光存储等；在材料加工方面，它可以被用于光刻、微纳加工、微加工等。
以红光半导体激光器在医疗领域中的应用为例，由于其根据不同的波长可以达到不同的效果，基于其光学、光生物学、光化学等方面的特点，可以被用于视网膜治疗、牙齿美容、皮肤除毛等方面。
其中，视网膜治疗是这个领域的重点之一。
眼底疾病经常会导致视网膜出血、视网膜病变等问题。
通过红光半导体激光器照射，可以促进光敏剂对疾病细胞的光化学反应，从而达到治疗的效果。
视网膜治疗的技术难度较高，需要医疗人员的专业知识和技能。
在皮肤除毛方面，红光半导体激光器也被广泛应用。
其原理是通过选择性光热损伤，破坏毛囊内的激素细胞，达到永久性去除毛发的效果。
半导体激光器的发展及其应用
半导体激光器的发展及其应用半导体激光器是将电能转变为光能的一种电光转换器件。
它是一种高效、紧凑、可调谐、易于集成和操作的光源。
半导体激光器的发展历程可以追溯到20世纪60年代初期的研究工作，经过几十年的发展，目前已经广泛应用于通信、医疗、显示、材料加工等领域。
半导体激光器最早的发展可以追溯到20世纪60年代初，当时最早的研究工作主要集中在氮化铟（InGaN）材料的研究中。
1970年代，砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）材料得到了广泛使用，并取得了重要的突破。
1980年代初，氮化镓和锗（Ge）等新材料的研究成果使得半导体激光器的性能得到了显著提高。
在半导体激光器的发展过程中，一些关键技术被不断突破。
如量子阱（Quantum Well）结构的引入，使半导体激光器的阈值电流减小、发光效率增加，达到了单模操作和高功率输出的要求。
此外，多量子阱（Multiple Quantum Well）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）等新的结构和工艺，也极大地拓展了半导体激光器的应用领域。
半导体激光器在通信领域得到了广泛应用。
由于半导体激光器具有高效、紧凑、可调谐的特点，它已经成为光纤通信系统中的关键部件。
其发展逐渐从波长1310nm向波长1550nm转变，因为在这个波段下，半导体激光器的光纤耦合效率更高，损耗更小。
此外，半导体激光器还可以通过外部调制实现高速数据传输，使其在高速光通信中得到广泛应用。
除了通信领域，半导体激光器还在医疗领域发挥着重要作用。
它被广泛应用于眼科激光手术中，如角膜屈光手术和白内障手术等。
半导体激光器的高能量密度和可调谐波长特性，使其成为进行高精度眼科手术的理想工具。
此外，半导体激光器还应用于显示、材料加工、光存储和生物传感等领域。
在显示领域，半导体激光器的小尺寸和高亮度特点，使其成为液晶显示器背光源的重要选择。
在材料加工领域，半导体激光器的高功率和可调谐波长特性，使其在激光切割、激光焊接和激光打印等领域得到广泛应用。
半导体激光器的发展及在光纤通信中的应用
一文看懂半导体激光器的技术发展及应用领域
一文看懂半导体激光器的技术发展及应用领域半导体激光器俗称激光二极管，因为其用半导体材料作为工作物质的特性所以被称为半导体激光器。
半导体激光器由光纤耦合半导体激光器模块、合束器件、激光传能光缆、电源系统、控制系统及机械结构等构成，在电源系统和控制系统的驱动和监控下实现激光输出。
下面就随工业控制小编一起来了解一下相关内容吧。
一、半导体激光器简介半导体激光器俗称激光二极管，因为其用半导体材料作为工作物质的特性所以被称为半导体激光器。
半导体激光器由光纤耦合半导体激光器模块、合束器件、激光传能光缆、电源系统、控制系统及机械结构等构成，在电源系统和控制系统的驱动和监控下实现激光输出。
半导体激光器的常用工作物质主要有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
根据不同的工作物质主要有三种激励方式：电注入，pump式和高能电子束激励。
(1)电注入是半导体激光器，一般由GaAS、CdS、InP、ZnS等工作物质作为主要材料，制成半导体面结型二极管，在受到电注入时，沿着正向偏压注入的电流，对工作物质进行激励，从而在节平面区域产生受激发射。
(2)Punp式激光器，一般由晶体中掺入受主杂的的以空穴为载流子的锗单晶(P型半导体单晶)或以电子为载流子的锗单晶(N型半导体单晶)作为工作物质，并通过其他激光器发出的激光作pump激励，从而实现种群反演。
(3)高能电子束激励式半导体激光器，一般在工作物质的选择上与pump式激光器相似，也是选用半导体锗单晶，但值得注意的问题是，在P型半导体单晶的选择上高能电子束激励式半导体激光器主要以PbS。
CbS和ZnO为主。
半导体激光器种类较多，根据其芯片参数、封装方式的不同，有多种分类方式。
其中，光纤输出的半导体激光器分类方式主要有以下几种：图表1半导体激光器分类二、半导体激光器技术发展情况。
半导体激光器的发展及在光纤通信中的应用
半导体激光器的发展及在光纤通信中的应用半导体激光器是一种使用半导体材料作为激光产生介质的激光器。
随着科技的不断发展，半导体激光器在各个领域得到了广泛应用，尤其在光纤通信中具有重要作用。
本文将从半导体激光器的发展历程和其在光纤通信中的应用两个方面进行论述。
首先，我们来看半导体激光器的发展历程。
半导体激光器最早是在1962年由美国贝尔实验室的电子学家罗伯特·诺尔表示的。
他利用PN结构的半导体晶体制作出了最早的半导体激光器，此后半导体激光器的研究逐渐成熟。
1970年代，G·奈普舍等人发明了自发辐射增益(MQW)结构，进一步提高了半导体激光器的效率。
1980年代初，人们通过引入量子阱结构，使半导体激光器的发射波长范围得到了拓宽。
1994年，研究者成功实现了垂直腔表面发射激光器（VCSEL），该激光器具有小尺寸、低功耗、易集成等优点，成为半导体激光器研究的重要方向。
其次，半导体激光器在光纤通信领域中有着广泛的应用。
在光纤通信中，半导体激光器主要用于光源和放大器。
作为光源，半导体激光器能够产生高功率、窄谱宽、稳定的激光信号，能够满足光纤通信系统对光源的要求。
除了常用的连续激光器外，脉冲激光器也逐渐得到应用。
脉冲激光器能够产生高峰值功率和短脉冲宽度的激光，用于高速光纤通信系统中的光时钟信号生成和数据调制。
再者，半导体激光器在光纤通信中还广泛应用于放大器。
光纤放大器利用半导体激光器作为光源，将入射的光信号进行放大，提高光纤通信系统的传输距离和传输容量。
其中，掺铒光纤放大器和掺铒光纤激光器以及掺镱光纤激光器是典型的半导体激光器应用于光纤通信放大器的例子。
综上所述，半导体激光器在光纤通信领域中发挥着重要的作用。
随着其发展不断进步，半导体激光器在功率、波长范围、脉冲性能以及功率放大器等方面的性能都得到了极大的提升。
相信在未来的光纤通信中，半导体激光器将继续发挥着重要的作用，推动光纤通信技术的不断进步。
高功率半导体激光器的研发和应用
高功率半导体激光器的研发和应用一、引言高功率半导体激光器（HP-SLD）是一种新型的光源，不仅具有高能量、高功率、高光强，能够提供高质量的光束，而且具有良好的稳定性和可靠性，广泛应用于医学、测量、工业制造等领域。
本文主要介绍高功率半导体激光器的研发和应用。
二、高功率半导体激光器的研发1. 材料高功率半导体激光器的材料通常采用Ⅲ-Ⅴ族的半导体材料，如氮化镓（GaN）、氮化铝镓（AlGaN）和磷化铝镓（AlGaInP）等。
这些材料具有高晶格不匹配度、大面密度缺陷和高电阻率等特性，因此需要通过外延生长、薄膜制备、离子注入等技术来制备高质量材料。
2. 结构设计高功率半导体激光器的结构通常采用可调谐反射镜（DBR）、光栅耦合器（GRIN-SCH）、负折射区（RR负折射区）等设计，以实现高质量的光束输出和高效率的光电转换。
其中，DBR能够实现连续的波长调谐，GRIN-SCH能够实现高效的光电转换，RR负折射区则能够提高激光器的功率输出和稳定性。
3. 工艺制备高功率半导体激光器的工艺制备通常包括晶圆制备、薄膜生长、雕刻、注入等工艺过程。
其中，晶圆制备是整个工艺过程的关键，包括选择合适的基片、生长高质量的材料、控制材料的厚度和杂质浓度等。
此外，注入技术也是实现高功率激光器的重要手段，包括电注入、光注入等。
三、高功率半导体激光器的应用1. 医学高功率半导体激光器在医学领域的应用主要体现在激光手术、皮肤治疗、癌症治疗等方面。
其具有高质量的光束、准确的聚焦能力和高能量密度等特点，能够对人体组织进行精细的切割和燃烧作用，达到治疗的效果。
2. 工业制造高功率半导体激光器在工业制造领域的应用主要体现在材料加工、激光印刷、激光电视等方面。
其具有高速、高精度、高效率等特点，能够提高生产效率和产品质量，降低生产成本。
3. 测量在测量领域，高功率半导体激光器的应用主要体现在激光雷达、激光测距、激光扫描等方面。
其具有高效、高精度、高稳定性等特点，能够提高系统的精度和可靠性，适用于测量各种土地、建筑物、交通工具等。
半导体激光器技术在通信中的应用
半导体激光器技术在通信中的应用从20世纪80年代开始，半导体激光器技术快速发展，成为通信领域的重要组成部分，推动着信息交流技术的快速发展。
在移动通信和光传输领域，半导体激光器技术已经成为不可或缺的技术和产品。
本文将介绍半导体激光器技术在通信中的应用，包括其原理、技术特点和市场前景。
一、半导体激光器的原理半导体激光器是一种基于半导体材料的激光器，其主要原理是利用半导体材料的特性，在p-n结构发射激光。
其基本结构是由两个耗材组成的p-n结，一个是p型半导体，一个是n型半导体，它们被电场隔离。
当电流流过结时，由于多数载流子的复合，阴阳离子复合时释放出能量，在这一过程中产生光子，即激光。
半导体激光器的主要优点是小型、高效、低功耗、低成本和可靠性高等特点。
二、半导体激光器在通信中的应用1.光纤通信领域在光纤通信领域中，半导体激光器是在测距和数据传输中应用最广泛的光源之一。
半导体激光器经过进一步的发展，其功率和效率得到了提高，可以满足不同传输距离和数据速率的应用需求。
半导体激光器与光纤传感技术相结合，可以建立监测通信与传输链路的智能系统，并在商业和军事等领域得到广泛应用。
2.移动通信领域在移动通信领域中，半导体激光器经常被用于构建手机、网络接口和光纤传送方式，以支持高速数据传输和远距离通信。
半导体激光器的小型化优势，使得它可以被集成在微波旁路模块中，并且可以成为构建高功率和宽带移动通信的重要组成部分。
3.医疗领域半导体激光器还被广泛应用于医疗领域，主要用于皮肤治疗和眼科手术。
其低功耗和小型化特点使得它可以很容易地集成在微型设备中，从而实现可穿戴医疗和无创检测。
三、半导体激光器技术发展趋势尽管半导体激光器已经被广泛采用，但它的技术和应用还有很大的发展空间。
下面是几个半导体激光器技术的发展趋势：1.高功率和可调谐激光器高功率和可调谐激光器将是半导体激光器技术的重要发展方向。
高功率激光器在医疗、物理、工程和通信等领域有越来越多的应用，chirped pulse激光器技术也有望成为下一代激光器的重要方向。
半导体激光器的应用
半导体激光器的应用半导体激光在1962年被成功激发，在1970年实现室温下连续输出。
后来经过改良，开发出双异质接合型激光及条纹型构造的激光二极管等，广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器（激光笔），是目前生产量最大的激光器。
半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。
常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。
半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。
同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体激光器是成熟较早,进展较快的一类激光器,由于它的波长范围宽,制作简单,成本低,易于大量生产,并且由于体积小,重量轻,寿命长。
因此,品种发展快,应用范围广,目前已超过300种。
半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网,850hm波长的半导体激光器适用于1Gh/s局域网,1300hm一1550nto波长的半导体激光器适用于10Gb局域网系统。
半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术。
半导体激光器在激光测距,激光雷达,激光通信,激光模拟武器,激光警戒,激光制导跟踪,引燃引爆,自动控制,检测仪器等方面获得了广泛的应用,形成了广阔的市场。
1978年,半导体激光器开始应用于光纤通信系统,半导体激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统。
由于半导体激光器有着超小型,高效率和高速工作的优异特点,所以这类器件的发展,一开始就和光通信技术紧密结合在一起,它在光通信,光变换,光互连,并行光波系统,光信息处理和光存贮,光计算机外部设备的光耦合等方面有重要用途。
半导体激光器的问世极大地推动了信息光电子技术的发展，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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
浅谈半导体激光器及其应用
摘要：近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。
由于半导体激光器的一些特点，使得它目前在各个领域中应用非常广泛，受到世界各国的高度重视。
本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。
关键词：半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。
自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。
近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。
半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。
由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。
一、半导体激光器
半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。
半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。
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。
绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。
因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。
对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。
它们所发出的波长在0.3～34μm之间。
其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750～890nm。
半导体激光器制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE), 气相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金属有机化合物汽相淀积),化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。
半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,光束的发散角较大(一般在几度到20度之间),所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。
但随着科学技术的迅速发展, 半导体激光器的研究正向纵深方向推进,半导体激光器的性能在不断地提高。
以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21 世纪的信息社会中将取得更大的进展, 发挥更大的作用。
二、半导体激光器的工作原理
半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件:
1、增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现, 将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。
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。
2、要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜。
对F—p 腔(法布里—珀罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与p-n结平面相垂直的自然解理面构成F-p腔。
3、为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔
面的激光输出等引起的损耗,不断增加腔内的光场。
这就必须要有足够强的电流注入,即有足够的粒子数反转,粒子数反转程度越高,得到的增益就越大,即要求必须满足一定的电流阀值条件。
当激光器达到阀值时,具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大,最后形成激光而连续地输出。
可见在半导体激光器中,电子和空穴的偶极子跃迁是基本的光发射和光放大过程。
对于新型半导体激光器而言,人们目前公认量子阱是半导体激光器发展的根本动力。
量子线和量子点能否充分利用量子效应的课题已延至本世纪,科学家们已尝试用自组织结构在各种材料中制作量子点,而GaInN 量子点已用于半导体激光器。
三、半导体激光器的发展历史
20 世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器,它是在一种材料上制作的pn 结二极管。
在正向大电流注入下电子不断地向p区注入,空穴不断地向n区注入。
于是,在原来的pn结耗尽区内实现了载流子分布的反转, 由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快, 在有源区发生辐射、复合,发射出荧光,在一定的条件下发生激光,这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。
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, GaAlAs 所组成, 最先出现的是单异质结构激光器(1969 年)。
单异质结注入型激光器(SHLD)GaAsP -N 结的p 区之内,以此来降低阀值电流密度, 其数值比同质结激光器降低了一个数量级, 但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作。
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100mw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。
如果从激光波段的被扩展的角度来看,先是红外半导体激光器,接着是670nm 红光半导体激光器大量进入应用,接着,波长为650nm、635nm的问世,蓝绿光、蓝光半导体激光器也相继研制成功,10mW 量级的紫光乃至紫外光半导体激光器,也在加紧研制中。
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,且已考虑了在超并行光电子学中的多种应用。
980nm、850nm和780nm的器件在光学系统中已经实用化。
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。
三、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,由于它的波长范围宽, 制作简单、成本低、易于大量生产,并且由于体积小、重量轻、寿命长,因此,品种发展快,应用范围广,目前已超过300种。
1、在产业和技术方面的应用
1）光纤通信。
半导体激光器是光纤通信系统的唯一实用化光源,光纤通信已成为当代通信技术的主流。
2) 光盘存取。
半导体激光已经用于光盘存储器,其最大优点是存储的声音、文字和图象信息量很大。
采用蓝、绿激光能够大大提高光盘的存储密。
3) 光谱分析。
远红外可调谐半导体激光器已经用于环境气体分析,监测大气污染、汽车尾气等。
在工业上可用来监测气相淀积的工艺过程。
4) 光信息处理。
半导体激光器已经用于光信息理系统。
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,将用于计算机和光神经网络。
5) 激光微细工。
借助于Q开关半导体激光器产生的高能量超短光冲,可对集成电路进行切割、打孔等。
6) 激光报警器。
半导体激光报警器用途甚广,包括防盗报警、水位报警、车距报警等。
7) 激光打印机。
高功率半导体激光器已经用于激光打印机。
采用蓝、绿激光能够大大提高打印速度和分辨率。
8) 激光条码扫描器。
半导体激光条码扫描器已经广泛用于商品的销售,以及图书和档案的管理。
9) 泵浦固体激光器。
这是高功率半导体激光器的一个重要应用,采用它来取代原来的氛灯,可以构成全固态激光系统。
10) 高清晰度激光电视。
不久的将来,没有阴极射线管的半导体激光电视机可以投放市场,它利用红、蓝、绿三色激光,估计其耗电量比现有的电视机低20%。
2、在医疗和生命科学研究方面的应用
1)激光手术治疗。
半导体激光已经用于软组织切除,组织接合、凝固和汽化。
普通外科、整形外科、皮肤科、泌尿科、妇产科等,均广泛地采用了这项技术。
2)激光动力学治疗。
将对肿瘤有亲合性的光敏物质有选择地聚集于癌组织内,通过半导体激光照射,使癌组织产生活性氧,旨在使其坏死而对健康组织毫无损害。
3)生命科学研究。
使用半导体激光的“光镊”,可以扑捉活细胞或染色体并移至任意位置,已经用于促进细胞合成,细胞相互作用等研究,还可以作为法医取证的诊断技术。
参考文献：
[1] 江剑平，《半导体激光器》,北京电子工业出版社, 2000
[2] 程东明，《21 世纪的半导体激光器》,苏州科技出版社, 2002
[3] 李学千，《半导体激光器的最新进展及其应用》,长春光学精密机械学院学报, 2007.10
[4] 王莉，张以谟, 吴荣汉等,《半导体激光器的进展》，广西科学技术出版社, 1999
[5] 李庄，《激光器的新进展》，激光生物学报,2010.11
[6] 程文芹，《半导体列阵激光器》，北京师范大学出版社, 2004.9
[7] 林世鸣，《半导体发射微腔激光器及其集成阵的应用》，沈阳化工大学学报1994.12。