半导体激光泵浦全固态激光器(
半导体激光器的应用与分类
半导体激光器的应用与分类半导体光发射器是电流注入型半导体PN结光发射器件，具有体积小、重量轻、直接调制、宽带宽，转换效率高、高可靠和易于集成等特点，被广泛应用。
按照其发光特性，可分为激光二极管（又称半导体激光器或二极管激光器，Laser Diode，LD），通常光谱宽度不]于5nm（采取专门措施可不大于0.1nm）；发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，光谱宽度一般不小于50nm；超辐射发光二极管(Superluminescent Dmde,SLD)，光谱宽度不大于5nm（采取专门措施可不大于0.1nm）；发光二极管（Light Emiltting，LED），光谱宽度一般不小于50nm；超辐射发光二极管（Superluminescent SLD），光谱宽度为30～50nm，本节重点介绍几种半导体激光器，钽电容简要介绍超辐射发光二极管。
半导体激光器的分类有多种方法。
按波长分：中远红外激光器、近红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等；按结构分：双异质结激光器、大光腔激光器、分布反馈激光器、垂直腔面发射激光器；按应用领域分：光通信激光器、光存储激光器、大功率泵浦激光器、引信用脉冲激光器等；按管心组合方式分：单管、阵列（线阵、面阵）；按注入电流工作方式分：脉冲、连续、准连续等。
LD主要技术摄技术指标有光功率、中心波长、光谱宽度、阈值电流、工作电流、工作电压、斜率效率和电光转换效率等。
半导体激光器的光功率是指在规定驱动电流条件下输出的光功率，该指标直接与工作电流对应，这体现了半导体激光器的电流驱动特性。
如果是连续驱动条件，T491T336M004AT则输出功率就是连续光功率，如果是脉冲驱动条件，输出的光功率可用峰值功率或平均功率来衡量。
hymsm%ddz半导体激光器的中心波长是指激光器所发光谱曲线的中心点所对应的波长，通常用该指标来标称激光器的发光波长。
光谱宽度是标志个导体激光器光谱纯度的一个指标，通常用光谱曲线半高度对应的光谱全宽来表示。
半导体激光工作原理
半导体激光工作原理
半导体激光器是利用电子从低能级跃迁到高能级时所产生的光，由于高能级的电子数比低能级的多得多，因此光在自由电子激光中辐射的能量是很大的。
半导体激光器主要由激光器、增益介质和泵浦光源组成。
半导体激光器的增益介质主要有三种：有源区、波导、吸收腔。
其中以有源区为主要部分，其形状和材料各不相同。
激光器有源区是由金属原子构成的半导体，它是激光系统中唯一能把光能转变成机械能和化学能的部分，也是影响激光特性的重要因素之一。
有源区还起着将泵浦光源发射出来的光（指激光器内部发射出来的光）与增益介质中传输过来的光（指增益介质发射出来的光）相互耦合、吸收和转换，再由有源区发射出来的光辐射出激光器内部。
由于有源区在整个半导体激光器中起着非常重要作用，因此在选择激光器有源区时必须考虑有源区和有源区内材料的成分、尺寸和形状，使它们相互匹配，这样才能达到最佳性能。
增益介质又叫受激辐射层或吸收层。
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LD泵浦NdYVO4 Cr4+YAG被动调Q激光特性研究
LD泵浦Nd:YVO4 /Cr4+:YAG被动调Q激光特性研究光信息科学与技术专业指导教师摘要：半导体激光(LD)泵浦的固体激光器具有全固化、体积小、泵浦效率高等特点，在激光通讯、遥感探测、工业加工、军事、医疗等领域有着广泛的应用前景，受到人们极大的关注。
使用连续激光二极管泵浦Nd：YVO4晶体，得到1064nm 的连续红外激光输出，在激光谐振腔中加入慢饱和吸收晶体Cr4+：YAG，得到了调Q脉冲激光输出，从实验上得到了泵浦功率、Cr4+：YAG小信号透过率以及输出镜透过率对输出脉冲特别是脉冲宽度的影响，并通过数值求解速率方程对实验结果进行了理论分析，实验结果与理论模拟基本相符。
关键词：LD 泵浦；Nd∶YVO4；Cr4+∶YAG；被动调Q；脉冲宽度Characteristic of a laser diode pumped passively Q switched Nd:YVO4laser with Cr4+:YAG saturable absorberStudent majoring in optics information science and technologyHeng SunTutor Xiuqin YangAbstract：Laser-diode (LD) Pumped solid-state laser has wide applications in the fields such as laser telecommunication ,remote-sensing detection ,industry and military as wellashealthduetoitsadvantagessuchasallsolidstate,high pump efficiency,smallvolumeandlonglongevity,andhasbeen ing continuous laser diode pumped Nd: YVO4crystalgets 1064 nm infrared laser outputcontinuously.Then addingslow saturable absorbercrystals Cr4 + : YAG in the laser cavity to obtain the output of theQ-switched pulse laser. Study the influence of the pump power, output transmission and cavity length to the output pulse in particularthe influence of pulse width from experiments.Through the numerical solution of rate equation to carry on the theoretical analysis with the result of the experiment and thenumericalsolutionsoftheequationsagreewiththeexperimentalresults.Keywords:LDpumped;Nd: YVO4; Cr4+:YAG; passively Q switched;pulse width第一章前言自上世纪六十年代世界上首台激光器发明以来，各类激光器和激光技术得到了迅速的发展，其中固体激光器的发展尤为突出。
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LD
半导体激光器LD半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。
常用材料有砷化镓（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.在半导体激光器件半导体激光器激光器优点是体积小，重量轻，运转可靠，耗电少，效率高等特点。
用半导体材料作为工作物质的激光器.它是利用受激辐射原理，使光在激发的工作物质中放大或发射（振荡）的器件.根据激发方法不同，半导体激光器可分为Ｐ－Ｎ结注入式、电子束激发式和光激发式三种。
半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。
高功率全固态激光器研究及应用
第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月1V r01．36Suppl em∞t I】叫丘a11ed and L，ase r Engi nee山g Jun．2007高功率全固态激光器研究及应用李晋闽(中国科学院半导体研究所，北京100083)摘要：介绍了高功率全固态激光器的研究和应用。
并对高功率N d：Y A G激光的工业应用进行了初步的探索，为进一步研究和工业化应用提供了技术参考。
关键词：高功率；全固态激光；工业化应用中图分类号：T N248文献标识码：A文章编号l1007．2276(2007)增(激光)一0001．03R es ear ch a nd appl i c at i on of hi gh-pow er al l s oU d-s t at e l嬲erU Ji n．m i nO nst i硼[eof senl i∞nduc o哪，aI i nc辩A cadel ny of scien懈，Bei j ing l∞∞3，al ina)A bst r a ct：R e∞af ch柚d appH cat i on a．bout11i gh—pow er all sohd—st疵1勰er w e r e i I l昀duced．A nd吐圮el em ent ar y expe dm e nt s dbout m gh—pow er N d：Y A G l a se r i ndust r i a l ap pl i cat i o n w er e陀sear ched，w l l i ch pr oV i des t Ile t ec l l I l i q ue r e f色r e nce sf or缸曲er r e sear ch觚d i I l dust r i al叩pl i c at i on．K e y w or ds：H i曲I I，ow er；砧l s on d-s t at e l勰er；砌ustri ala ppl i c at i onO引言高功率全固态激光器集半导体激光器和固体激光器的优势于一体，具有体积小、重量轻、效率高、光束质量好、可靠性高、寿命长等显著优点，因此广泛应用于科学研究、工业加工、军事等领域。
固体激光器的基本结构与工作物质
型
约为(510) s。泵浦光愈强，短脉冲数目愈多，其包络峰值并不增加。
激
光 器
2. 转换效率
介
➢总体效率定义为激光输出与泵浦灯的电输入之比。对于连续激光器(用功率
绍
描述)和脉冲激光器(用能量描述)分别表示为：
t
Pout Pin
1
Pth Pin
21 p
Lcab1
cou
§5.1
固
t
Eout Ein
1
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
第 五 章
1.固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成 的。图5-1是长脉冲固体激光器的基本结构示意图(冷却、滤光系统未画出)。
典 型 激 光 器 介 绍
§5.1
2.红宝石激光器
图5-1 固体激光器的基本结构示意图
➢红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的氧化铬(Cr2O3)生长成的晶体。它 的吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)，如图5-2所示。它属于三能级系统，
图(5-5) Nd3＋:YAG 的能级结构
体
激
光
器
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5.1.2 固体激光器的泵浦系统
第 五 章
1. 固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。目前的泵浦光源多为 工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。泵浦光源应当满足两个基本条件。
典 2. 常用的泵浦灯在空间的辐射都是全方位的，因而固体工作物质一般都加工成圆
固 体
相应于图5-3的简化能级模型
激 光
➢红宝石激光器的优点和主要缺点 。
器
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光纤激光器,灯泵浦和半导体激光器(三者比较)
光纤打标机和半导体及灯泵浦激光打标机三者主要性能比较武汉百一机电工程有限公司光纤激光打标机与灯泵浦激光器性能对比光纤激光打标机设备型号及性能“武汉百一”的BY-YLP光纤激光打标机在激光打标应用方面具有许多独特的优势。
与传统的固体激光器使用晶体棒作为激光介质不同，光纤激光器的激光介质是很长的掺镱双包层光纤，并被高功率多模激光二极管所泵浦。
BY-YLP系列光纤激光打标机使用特点1、光束质量极好，适用于精密、精细打标BY-YLP系列光纤激光打标机光束质量比传统的灯泵浦固体激光打标机好得多，为基模（TEM00）输出，发散角是灯泵浦激光器的1/4。
尤其适用于要求高的精密、精细打标。
2、体积小巧、搬运方便、实现便携化BY-YLP采用光纤传输，由于光纤具有极好的柔绕性，激光器设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小。
其重量和占地面积分别是灯泵浦泵浦激光打标机的1/10和1/4，节省空间，便于搬运。
且采用光纤传输决定了其能适应加工地点经常变换的要求，实现产品的便携化。
3、激光输出功率稳定、设备可靠性高能量波动低于2%，确保激光打标质量的稳定；平均无故障使用时间可达10万小时以上，灯泵浦激光打标机的氪灯的使用寿命在800小时左右。
4、效率高、能耗低、节省使用成本电光转换效率为30%（灯泵浦激光打标机为3%），设备功率仅500－1000W，日均耗电10度，是灯泵浦激光打标机的1/10左右，长期使用可为用户节省大量的能耗支出。
5、自主知识产权的操作软件，操作简便、功能强大可以标刻矢量式图形、文字、条形码、二维码等，可升级实现在线打标，自动打标日期、班次、批号、序列号，支持PLT、PCX、DXF、BMP等文件格式，直接使用SHX、TTF字库。
激光打标机系统组成BY-YLP型光纤激光打标机主要由四部分组成，即：进口光纤激光器、光路及振镜扫描系统、计算机控制系统及工作台。
1、光纤激光器光纤激光器一体化整体结构，无光学污染、无功率的耦合损失，结构小巧紧凑，空气冷却，具有其他激光器不具备的高效率和可靠性。
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半导体激光泵浦全固态激光器（DPSSL）进行激光打标的工作原理是利用大功率半导
体量子阱激光器代替气体灯泵浦固态晶体为增益介质激光谐振腔，使之产生新波长的激光，
在利用晶体备频混频交应产生SHG、THG等波长的激光。通过设计建立了从来料复验、部
装生产、过程检查、总装调试到成品总检的整个激光打标工艺流程、操作规程和质量标准。
半导体激光打标机性能指标
1、
平均
主要激光打标技术性能指标：
1、平均光-光转换效率>7%；
2、激光打标输出功率稳定性优于5%；
3、激光打标工作温度范围：0℃～40℃；
4、抗震动和冲击能力达到国家01级标准。
适用材料和行业应用
可雕刻金属及多种非金属材料。特别适合应用于一些要求标刻精细、精度高的场合。
应用于电子元器件、五金制品、工具配件、集成电路（IC）、电工电器、手机通讯、精密器
械、眼镜钟表、首饰饰品、汽车配件、塑胶按键、建材、PVC管材、PPR管材、医疗器械
等行业。
普通金属及合金（铁、铜、铝、镁、锌等所有金属），稀有金属及合金（金、银、
钛），金属氧化物，特殊表面处理（磷化、铝阳极化、电镀表面），ABS料（电器用品外壳，
日用品），油墨（透光按键、印刷制品），环氧树脂（电子元件的封装、绝缘层）。
优点
1、激光光束模式好，电光转换效率高，耗电少，免维护。
2、寿命长：有些光电量测厂商把量测设备中激光的光源由最初的 He-Ne激光改
成二极管激光，以取得最佳的机器寿命（ He-Ne 激光寿命一般为 10^4 HR，而二极管激光
寿命为 10^5HR ，相差十倍），特别适合现场长时间的操作。
3、瞬间即可达到开关的作用，适宜通信用途。并且半导体激光打标机一开机很快
便稳定下来，又很合适用电路调制其输出，比如可使用脉波调制法量测距离（而 He-Ne 激
光打标机必须开机三十分钟后才稳定下来，这点是万万比不上半导体激光打标机了）。
4、可得到各种波长：利用周期表中的Ⅲ/V族，例如砷化镓等化合物可制成二极
管激光，当电流通过pn界面时，将因化合物的不同而发出各种可见激光及不可见激光。半
导体激光只要改变组合元素的比例，便可改变不同的能量间隔，不同的能量间隔 ， 提供了
不同的输出波长，由于具有红外线及红色波长，在通信及量测上很容易与各种传感器配合而
得到很广泛的用途。
5、操作简单方便，打标质量精度高。
6、机械性质方面：结构紧凑、坚固、体积小的优点。
民升激光科技有限公司是一家致力于工业激光技术应用及激光设备的研发、生
产、销售及维护的高新技术企业。公司位于广东省深圳市龙岗区坪地四方埔牛眠
岭工业区13号,惠盐高速路口旁,交通极其便利。总公司成立2007年10月,占地
面积5000平方米，现有员工400人。我们拥有一批高水平的光学，电子电气及
精密机械专业的科研开发人员，一流的生产及测试仪器，先进的质量管理体系和
完善高效的生产流程。拥有一支技术精湛、工作经验丰富、对产品质量追求卓越、
强烈地为客户服务意识的队伍。
公司自成立以来持续推出了光纤激光打标机、半导体侧泵激光打标机、半导
体端泵激光打标机、YAG灯泵浦激光打标机、CO2激光打标机、激光焊接机、
中功率金属激光切割机及非金属激光切割机等三大类型二十几种型号的工业激
光设备。广泛应用于电子原件、电工电器、手机部件、仪器仪表、照明灯具、五
金工具、卫浴洁具、炊具厨具、汽车配件、模具、精密机械、医疗器械、IT数
码金属外壳、服装皮革、工艺礼品、广告装饰、模型、珠宝首饰等行业。铭昇激
光的产品质量稳定可靠，可根据客户需求提供自动化在线激光打标，激光焊接，
激光切割设备、追求卓越产品品质的同时，铭昇激光还为客户提供高效及时的售
前、售中、售后服务和卓越的性价比产品。通过“实施以优质产品赢得市场、靠
优质服务回报客户”的销售理念，赢得了广大用户的信赖和赞赏。