半导体激光器的发展历程2(精)
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。
半导体量子点激光器的发展
于微 细加 工带 来 的界 面损伤 和 光刻 、刻 蚀 等工 艺
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激 光 器
摘要 ： 本文综述 了半导体量手点激光器的发展和研 究现状 ， 并简单介绍 了量子点材料的 自组装生长 ， 量 子点在 其 他 光 电子 器件上 的应 用及 其发 展趋 势 。
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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。
半导体激光器发展历程
半导体激光器发展历程1962年，美国科学家罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce) 首次提出了半导体激光器的概念。
他认为，利用半导体材料的特异性能可以制造出较小、比固体激光器更稳定的激光器。
在接下来的几年中，中继器、传输器和放大器等元件应运而生。
1962年至1964年期间，一些团队开始进行关键性的探索和实验，在III-V族化合物半导体（如GaAs，InP等）中获得了连续的电注入光发射。
在此基础上，1969年，尤金·斯瓦茨(Eugene Snitzer)首次实现了在GaAs材料中产生的高峰值功率和狭窄线宽的脉冲辐射。
1970年代初，发展了用于通信系统的半导体激光器，使之成为一项成熟的技术。
1970年，展示了一种高效率的AlGaAs DH结构激光器。
1972年，由松村英昭(Eiichi Muramatsu)提出的可见光半导体激光器成功发射出475nm的蓝光。
此后的几年中，各种新的半导体材料和结构被研究和开发，以提高激光器的效率和性能。
1980年代，半导体激光器取得了长足的发展。
具有波尔廷(Lenard)电流注入结构的AlGaAs激光器问世，大大提高了激光器的效率和可靠性。
随着量子阱技术的引入，引发了一系列的研究活动。
1985年，研究人员在成人毛乳头瘤病毒(vaccinia virus)免疫细胞中成功实现了由AlGaAs激光器辐射的低峰值功率红外激光的非线性过程。
1990年代，半导体激光器的发展进入了一个全新的阶段。
量子阱激光器逐渐成为主流技术，取代了传统的双异质结激光器。
具有低阈值电流和高效率的量子阱激光器被广泛用于通信系统、医疗和光存储等应用。
此外，垂直腔面发射激光器(VCSEL)也在1990年代首次实现。
2000年后，随着技术的进步和对性能需求的不断提高，半导体激光器继续发展并应用到更多领域。
高功率半导体激光器、窄线宽和波长可调的半导体激光器、单模式VCSEL和蓝绿光半导体激光器等新技术不断涌现。
从ACP看半导体激光器的发展与应用
从ACP看半导体激光器的发展与应用摘要：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各个领域中的应用。
本文还介绍了大功率半导体激光器最新研究进展,并展望了其发展趋势。
1、半导体激光器的发展历程半导体激光器是以半导体材料(主要是化合物半导体)作为工作物质,以电流注入作为激励方式的一种小型化激光器。
世界上的第一台半导体激光器是同质结的,即和普通的p—n结极管一样。
这种同质结激光器有源区的厚度为电子扩散长度量级(微米量级),阈值电流密度需达到105A/cm2,因此只能在液氮温度(77K)和脉冲状态下工作。
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)。
1978年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器(QWL)，它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能。
后来，又由于MOCVD,MBE生长技术的成熟，能生长出高质量超精细薄层材料，之后，便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器。
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。
20世纪90年代，连续输出功率在100以上，脉冲输出功率在5W以上的高功率半导体激光器取得了突破性进展。
2、半导体激光器的原理及特性p-n结电注入激发机理。
若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压，p 区接正极，n区接负极。
显然，正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反，它削弱了自建电场对晶体中电子扩散运动的阻碍作用，使n区中的自由电子在正向电压的作用下，又源源不断地通过p-n结向p区扩散，在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时，它们将在注入区产生复合，当导带中的电子跃迁到价带时，多余的能量就以光的形式发射出来。
半导体的发展历程
半导体的发展历程
半导体的发展历程可以概括为以下几个阶段：
1. 1947年：第一个晶体管问世。
这是使用固态材料制造的第一种电子器件，并被认为是现代电子技术的里程碑之一。
2. 1950年代：半导体材料的研究和发展进入快速发展期。
砷化镓（GaAs）和硅（Si）成为主要的半导体材料，同时晶体管逐渐取代真空管成为主流电子器件。
3. 1960年代：单片集成电路的问世。
这种技术可以将成千上万的晶体管等元件集成到一块芯片上，大大提高了集成度，实现了电子器件的微型化。
4. 1970年代：大规模集成电路的问世。
这种技术可以将数十万甚至数百万的晶体管等元件集成到一块芯片上，进一步提高了集成度和性能，让电子器件的功能更加丰富。
5. 1980年代至今：半导体材料、制造工艺和设计技术不断进步，使集成电路的性能愈发出色。
同时，出现了很多新的应用领域，如数字化、通信、计算机、消费电子、医疗设备等，这些领域对集成电路的需求也不断增加。
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。
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广西师范学院2017年本科毕业论文论文题目半导体激光器的发展历程毕业生：吴伊琴指导老师：王*学科专业：物理学（师范）目录摘要前言一．理论基础及同质结半导体激光器（1917-1962）1.1激光理念及激光技术的面世1.2早期半导体激光器理念提出与探索（1953-1962）二．异质结半导体激光器（1963-1977）2.1 单异质（SH）激光器2.2 双异质（DH）激光器三．半导体激光器实用领域的探索（1980-2005）3.1 光纤通信与半导体激光器的相辅相成3.2 量子阱能带工程技术的引入4.1半导体激光器应用的多样化4.2 半导体激光器的未来发展结语参考文献摘要双异质半导体激光器，量子阱技术，应变量子阱激光器，DFB激光器，面发射激光器，大功率激光器等等突破性研究成果的面世，使得半导体激光器已经占据了激光领域市场的大壁江山，以及成为了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域不可或缺的存在。
本文梳理了1917年—2008年半导体激光器的发展历程，文中包括了半导体激光器大多研究成果，按照时间线对其进行整理。
总的说来，半导体激光器的发展历程可以分为4个阶段第一．理论准备及起步阶段（1917-1962）。
1962年同质结半导体激光器研制成功。
尽管同质结半导体激光器没有实用价值，但是它面世是半导体激光器发展历程中重要的标志，其基本理论是后来半导体激光器前进的基础。
第二．大发展期(1962--1979 长寿命，长波长双异质半导体激光器的面世使得半导体激光器能够满足光纤通信的需求。
1978-1979年，国际上关于通过改进器件结构提高器件稳定性，降低损耗的研究成果非常多。
由于对AlGaAs—GaAs激光器特性的不断进步的追求，使得这个时期出现了许多新的制造工艺，新的结构理念，为之后发展长波长半导体激光器留下了充足的技术支持。
第三．实用性的初步探索（1980--1990）在这期间半导体激光器的实用领域主要集中于光纤通信领域，由于光纤通信技术的不断发展，使得半导体激光器的发展也极其迅猛。
第四．实用的多样化(1990--2008 由于量子阱技术，应变量子阱激光器，DFB激光器，面发射激光器，大功率激光器等等突破性研究成果的面世，半导体激光器的实用领域覆盖了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域。
本文按照时间线将半导体激光器的发展历程梳理了一遍，使得半导体激光器的发展脉络更加清晰，时候其发展历程更加具体，明了。
关键词：激光半导体激光器应用多样化发展方向前言激光，英文名为“laser”是20世纪以来，目前在人类科技进步史上与原子能，计算机，半导体并驾齐驱的重大发明。
其发展动向对于人类的科技，生活等等方面有着重要的影响。
半导体激光器就是以半导体材料作为激光工作物质的一类激光器的总称。
半导体激光器具有体积小，重量轻；波长范围广，相干性高，适宜大量生产，半导体激光器在20世纪80年代初期其主要应用领域是在光纤通信技术方面的，并且在如今半导体激光器仍然是光通信领域不可或缺，至关重要的存在。
20世纪90年代开始，由于光电子技术的不断成熟，各个领域对于光电子技术需求越来越高，使得光电子技术的实用领域不断扩大，半导体激光器在各个领域里的用武之地也越多。
并且随着对半导体激光器的研究不断深入，半导体激光器已经占据了激光领域市场的大壁江山，以及成为了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域不可或缺的存在。
笔者在查询半导体激光器的发展历程是发现虽然关于半导体激光器发展的文献较多，但是这些文献中关于半导体激光器的发展时间线不够清晰，而且多数是按照大功率，量子阱等等方面分开描述，对于半导体激光器总体的发展历程的描述不够清晰，已有的文献对于半导体激光器的发展框架的描述较为清晰，但是还是会有一些不够清晰的点：1. 1977年以前半导体激光器早期的发展方向是什么？2. 是光纤通信技术成就了半导体激光器还是半导体激光器成就了现在的光通信技术？3. 半导体激光器的研究成果有着什么样的意义？为了回答这些问题笔者查阅了许多相关文献，将1917年-2008年期间半导体激光器的发展历程重新梳理，按照时间线整理好争取形成一条较为清晰发展脉络。
一．理论基础及同质结半导体激光器（1917-1962）1.1激光理念及激光技术的面世1.1.1激光理念激光，英文名为“laser”。
源于Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation这句话中由每个单词首字母组成的缩写词，意思是“通过辐射的受激辐射光放大”。
作为20世纪以来，目前在人类科技进步史上与原子能，计算机，半导体并驾齐驱的重大发明，激光的许多特性对于社会进步有着巨大的影响。
激光被人们称为20世纪最亮的光，最准的尺，最快的刀，由此可看出激光亮度激光，定向发光能力极强，能量之大等等特性。
概括说来激光有四大特性，即高亮度，高相干性，高方向性，高单色性。
也是激光的这些特性使它拥有了其他普通光源不可企及的能力。
也正是因为这些特性，现如今激光在医学，军事，通信，快速成型技术，显示技术，材料加工等领域取得了巨大的成就，也是由于激光的便利，使得其在社会中得到了快速的普及，逐渐渗透进我们日常的工作及生活中。
1.1.2 激光技术的发展爱因斯坦是在1916年发布了《关于辐射的量子理论》一文。
在该文中受激辐射理论指出，处于高能态的粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。
“受激辐射”理论为激光提供了物理基础。
但是由于当时并没有关于光量大化的实际应用的科学探索，所以受激辐射的概念在当时没有得到重视，爱因斯坦本人也没有对其进行进一步的研究，此后大约40年的时间里都没有人进行激光技术的研究工作。
但是，在二战期间，由于雷达在战争中的广泛应用及重大作用，如何提高雷达的性能成为了当时国际的研究重点，也正是如此，受激辐射这一概念得到了相应的关注，开始有科学家进行激光技术的相应研究。
利用受激辐射来放大电磁波的概念被提出。
1953年美国物理学家汤斯（Charles hard Townes）和阿瑟•肖洛制成了激光器的前身：第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。
该机器的成功研制激发了人们对于激光技术更深层次的研究。
汤斯（Charles hard Townes）和阿瑟•肖洛（Schawlow）在1958年成功的观测到激光现象，并且在同年12月，美国物理学家汤斯（Charles hard Townes）与阿瑟•肖洛（A. L. Schawlow）在《物理评论》上发表了《红外与光学激射器》一文，提出了“激光原理”以及“激光”的概念。
他们指出在物质受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时，会产生一种不发散的强光，这束强光就是激光。
此后对于激光，激光器的研究正式进入正轨。
1958年美国物理学家汤斯（Charles hard Townes）与阿瑟•肖洛（A. L. Schawlow）提出了开放式光谐振腔的概念，抛弃了之前的封闭式谐振腔的模式，对于激光以及激光器的研究又是一个新的阶段。
此后在科学家们对于激光的不断改进和创新中，激光的研究成果不断更新，终于在1960年5月美国科学家梅曼（T. H. Maiman）获得了人类史上的第一束激光（长0.6943μm），并且在同年7月成功研制出世界上第一台激光器（红宝石脉冲激光器（固体激光器））。
从此“激光技术”正式走向世界科学的舞台。
1.2早期半导体激光器理念提出与探索（1953-1962）1.2.1 理论基础要想获得激光，选择合适的激光材料是至关重要的。
不同的激光工作物质（激光材料）形成的激光器被分为不一样的类型，有着不同的特性。
而半导体由于其独特的特性，早在1953年就已经有人对其是否能够产生激光进行了一定的讨论及研究，此后关于半导体材料的受激激发的研究一直在不断的深入。
1956年-1958年，艾格瀚等科学家开始讨论半导体激光器的合理性和可能性，提出了许多设想及可能，但是这些大多只是在理论方面的设想，对于具体的操作实践还没有得到解决。
1958年-1960年，经过博伊尔，拉克斯等科研工作者的不断努力，关于半导体激光器的研究成果不断更新，在此期间发现相比起间接带隙半导体，直接带隙半导体更容易获得相应的相干光，相应的光谐振腔的技术也有了极大的改进。
1961年，杜拉弗格和伯纳德正式清晰的提出了关于半导体实现粒子数反转的必要条件，提出了利用直接，间接带隙半导体材料制造激光器的理念。
为1962年半导体激光器的成功研制提供了重要的理论基础。
杜拉弗格和伯纳德正式清晰的提出了关于半导体实现粒子数反转的必要条件后，次年3月，在美国举办的物理学会议上，梅贝格做出了在77k的环境中GaAs材料电致发光的效率有可能较高的报告，随后这一设想得到了证实。
在1962年7月英国举办的固体器件研究会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的奎斯特（Quist）和克耶斯（Keyes）发布了在77k的环境中GaAs材料电致发光的效率极高，接近于100%的研究成果。
该成果的发布为研制注入型半导体激光器解决了辐射效率的问题，也为此种半导体激光器的成功研制创造了条件。
1.2.2 GaAs半导体激光器的研制过程美国通用电气研究实验室工程师霍尔参加了1962年的固体器件研究会议，奎斯特（Quist）和克耶斯（Keyes）的报告引起了他极大的兴趣，霍尔之前一直在进行对于半导体激光器的研究，但是一直没有突破。
这次的报告给了他极大的灵感，对于半导体激光器的研究有了新的计划。
霍尔回到实验室后立即制定了关于研制半导体激光器的计划，与芬纳等研究人员一起投入到半导体激光器的研制工作中。
在霍尔小组的如火如荼的研究过程中，同年8月，那赛德福发布了观察到光谱轻微变窄的消息并发表了相应的文章。
该文章的发布使得霍尔小组的研究压力有所减轻，也让霍尔小组意识到光反馈的重要性。
同年9月，霍尔小组对于谐振腔有了新的概念，他们采取了新型的谐振腔结构，并且成功的观察到GaAs受激辐射的现象。
GaAs 半导体激光器成功研制出来了。
经过对实验结果的再三确认和对实验数据的整理，1962年11月，霍尔小组在«物理评论快报»上公布了其研究成果。
在其发布一个月内，陆续有三个实验室先后宣布成功获得相干光发射的消息。
这四所实验所研制出的都是同质结半导体激光器，他们使用的材料相同，谐振腔的结构也相同。
同质结半导体激光器的成功研制是半导体激光器发展历程中重要的标志，其基本理论是后来半导体激光器前进的基础。
但是由于同质结半导体激光器的临界电流高以及其只能在77k的环境下工作，所以可以说同质结半导体激光器没有实用价值。