大功率低阈值半导体激光器研究
半导体激光器的优点

半导体激光器的优点引言半导体激光器是一种利用半导体材料产生激光的装置。
由于其独特的结构和物理特性,半导体激光器在众多领域中展现出了重要的优势。
本文将重点介绍半导体激光器的优点,并探讨其在科学研究、医学、通信和制造业等方面的应用。
优点一:体积小、功耗低相较于其他激光器类型,半导体激光器具有明显的体积小、功耗低的优点。
其制造过程相对简单,可以实现高度集成和微小尺寸,节省了宝贵的空间。
此外,由于半导体激光器使用的低功率电流,其功耗远低于其他激光器类型,从而能够降低使用成本并延长电池寿命。
优点二:高效率、高可靠性半导体激光器在能量转换方面表现出色。
相较于其他激光器类型,如气体激光器或固体激光器,半导体激光器的光电转换效率更高,能将更多的电能转化为光能。
这使得半导体激光器能够在低功率输入下输出高强度的激光。
此外,半导体激光器的可靠性也很高,寿命长,运行稳定,不容易损坏,不需要频繁的维护,节省了维修和更换的成本。
优点三:波长可调、频率可调半导体激光器具有波长可调和频率可调的优点,这使得其在科学研究和通信领域具有广泛的应用潜力。
通过调整材料组成、温度或电流等参数,可以实现半导体激光器输出激光的波长和频率的可调控。
这一特点使得半导体激光器能够用于光纤通信、光谱分析、光学测量和生物医学等领域,满足不同应用需求。
优点四:快速开关和调制性能强半导体激光器具有快速开关和调制性能强的优点。
由于激光的速度非常快,半导体激光器能够实现亚纳秒级的快速开关,这对于光通信和高速计算等应用非常重要。
此外,半导体激光器具有良好的调制性能,能够频繁地开关和调节激光的输出强度和频率。
这种可调性使得半导体激光器能够满足高速信号传输和光学存储等领域的需求。
优点五:可靠工作在极端环境下由于其固态结构和高可靠性,半导体激光器可以在极端环境下可靠工作。
与气体激光器相比,半导体激光器不需要依赖高压气体或玻璃管等易损部件来工作,从而能够在高温、低温、高压和高湿度等恶劣环境下正常运行。
半导体激光器中粒子数反转的形成机制_概述及解释说明

半导体激光器中粒子数反转的形成机制概述及解释说明1. 引言1.1 概述半导体激光器是一种关键的光电器件,具有广泛的应用领域,如通信、医疗和制造等。
粒子数反转作为半导体激光器实现放大和产生激光所必需的基本过程之一,在该领域中被广泛研究和应用。
本文将重点讨论半导体激光器中粒子数反转的形成机制。
1.2 文章结构本文按照以下结构进行组织:首先,我们将介绍半导体激光器的基本原理,包括光与物质交互作用、PN结和载流子注入以及积极性反转和自发辐射过程。
接下来,我们将详细分析粒子数反转的原理和机制,包括能带结构对粒子数反转影响的分析、载流子浓度控制与限制因素的讨论以及光吸收和增益特性的解释。
然后,我们将介绍形成粒子数反转所采用的实验方法和技术应用,并探讨加载实验与电流阈值之间存在关系的证明、束缚态材料在半导体激光器中的应用研究进展以及温度对粒子数反转效果的影响研究。
最后,我们将总结文章涵盖的主要观点和论述内容,并展望半导体激光器中粒子数反转机制的未来发展方向和可能的应用领域。
1.3 目的本文旨在提供关于半导体激光器中粒子数反转形成机制的综合概述,并解释说明相关原理和机制。
通过深入探讨这一课题,有助于增进读者对半导体激光器工作原理的理解,以及为相关领域的研究者提供参考和启发。
2. 半导体激光器的基本原理2.1 光与物质交互作用在半导体激光器中,光和物质之间的交互作用是实现粒子数反转的关键。
当光通过半导体材料时,它会与电子和空穴相互作用,从而改变它们的能级分布。
2.2 PN结和载流子注入半导体激光器通常由PN结构组成,其中P区域富集正电荷载流子(空穴),N 区域则富集负电荷载流子(电子)。
通过外部电源施加电压,在PN结附近形成耗尽层。
当正向偏置PN结时,正电压使得正电荷向P区移动,而负电荷向N 区移动。
这个过程被称为载流子注入。
2.3 积极性反转和自发辐射过程在激活载流子注入后,会形成一个积极性反转(population inversion)的状态,即在激发态比基态还要多。
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%。
半导体激光器散热技术研究及进展

( e at e tf lc o i S i c n eh ooy S h o o hs s n n ier g Z e gh uU iesy D p r n o et nc ce e dTcn lg , c o lf yi dE gnei , hn z o nvri , m E r n a P ca n t
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Absr c : a isp t n i ecu fal e c n l ge i h p we e io d co a es S mion u — t a t He t si ai st r xo l k yt h o o i si hg — o r m c n u t rls r . e c d c d o h e n s o a e saei e e tye i n e ie a a l fg n r t gv r ihp a o r, ihh v nee tia— trls r r h r n l f ce td vc sc p b eo e e a n e yhg e kp we s whc a ea lcrc l n i i t— p c l o v ri ne ce c f 0% t 0% ,..5 o o t a n e so f in yo i c i 4 o5 i , 0% t 0% o l crce e g o v rsi t e ma n r y. e o6 f e ti n r yc n et no t r l eg e h e Th e k h a u e e ae yt e ed v c sa h n e f c e et i em ae ils l e e h hp ep a e t x g n rt d b h s e i e t ei t ra ewh r l f t hedod t ra o d r d t t ec i o c rirI nt eo d ro KW ・m ~ Th e a o dt e ei m i to ntea e a ep w e p r to f a e are o r e f1 ‘ S h c . et r l a r al ti ni v r g o r e a no s r hm l h s i a h o i l d o e . es l to e td si to fs m i o du t rl s ra r y n t c swilb ie ty r l td t i d s Th o u i n t h a ispa n o e c n c o a e ra sa d sa k l e dr c l e ae o i o
半导体激光器的工作原理

半导体激光器的工作原理半导体激光器是一种利用半导体材料电子和空穴的复合辐射出光的设备。
其工作原理涉及多个方面,下面将逐一进行详细阐述并分点列出。
1. PN结和电子空穴复合- 半导体激光器由n型和p型半导体材料组成,它们通过PN结相接。
这种结构形成了电子和空穴之间的吸引力,使它们在结区域中聚集。
- 当外加电源施加在PN结上时,形成电势梯度,导致电子从n型区域向p型区域移动,同时空穴从p型区域向n型区域移动。
这个过程叫做电子空穴复合。
2. 跃迁过程和能带结构- 半导体材料中的能带结构对激光器的工作有重要影响。
能带分为价带和导带,中间是禁带。
- 当电子从价带跃迁到导带时,会释放出一定的能量。
该能量可以以光的形式释放出来,形成激光。
3. 反射镜和激光腔- 半导体激光器使用反射镜在两侧形成一个封闭的光学腔。
这两个反射镜使得光线在腔内反复来回传播。
- 一端的反射镜透过一部分光线,形成激光的输出口;另一端的反射镜完全反射光线,起到增强光线的作用。
这种结构使得激光得以产生和放大。
4. 注入电流和激发载流子- 通过施加电流,能够激发载流子,促进电子和空穴的复合发光。
通常情况下,半导体激光器通过注入电流来实现激发。
- 注入电流可以通过直接通电或者通过外部器件(如激光二极管)提供。
5. 能量密度和共振条件- 半导体激光器需要满足一定的能量密度和共振条件才能产生激射。
能量密度必须高于阈值,使得大量的载流子能够起到放大光的作用。
- 共振条件要求光线在腔内来回传播时,相位与波长保持一致,以增强激光输出。
6. 温度控制和光谱特性- 半导体激光器对温度非常敏感,需要进行精确的温度控制,以维持其稳定性和可靠性。
- 在不同的工作温度下,激光器的发光波长和频率会发生变化,对光谱特性有一定影响。
7. 应用领域和发展趋势- 半导体激光器在通信、医疗、材料加工、光电子学等领域有广泛应用。
- 其发展趋势包括提高功率和效率、扩展工作波长范围、实现更小尺寸化等。
大功率半导体激光器脉冲驱动电源研制
r e s p e c t i v e l y . T h e p a r a me t e r s o f t h e c u r r e n t t r i g g e r a r e a d j u s t a b l e . T h e p e a k p o we r o f t h e l a s e r d i o d e i s 7 5 W,
Me t a l l i c Ox i d e S e mi c o n d u c t o r F i e l d E f f e c t T r a n s i s t o r ( MO S F E T )b a s e d d r i v e r p r o v i d e s a c u r r e n t t r i g g e r f o r
l a s e r d i o d e , w h o s e r i s e — t i me , F u l l Wi d t h Ha l f Ma x i mu m( F W HM) a n d p e a k c u r r e n t a r e 1 . 2 n s , 1 5 n s a n d 7 2 A,
La s e r d i o d e d r i v e r u s e d f o r t r i g g e r i n g P h o t o c o n d u c t i v e S e mi c o n d u c t o r S wi t c h
WA NG We i ,XI A L i a n — s h e n g ,CHE N Yi ,L I U Yi ,S HI J i n - s h u i ,DENG J i a n — j u n
第1 1 卷 第1 期
大功率半导体激光器驱动电路及防护
第3 7卷 第 3期
20 0 7年 3月
激 光 与 红 外
L E AS R & I R NF ARE D
V0 . 7. . 13 No 3
Ma c 2 07 r h. 0
文章编 号 :0 15 7 (0 7 0 -200 10 -0 8 20 ) 30 3 -4
驱 动 电路 由带 有慢 启 动 、 压保 护 、 流保 护功 过 过
能的工作 电源部分 、 自动功率控 制 ( P ) A C 电路、 自
动温 度控 制 ( T ) A C 电路 、 控制 电路 及保 护 电路组成 。
2 1 工作 电源部分 .
护, 可有效保护电路。采用 A D C— C模块可减小 电
Ab t a t I h a e ,a lw—o t r e a d t e mo c nr l i u t f i h p w r a e id e d sg e .T eo tu s r c : n t ep p r o c s i n h r o t r i o g - o e s rd o ea e in d h u p t dv occ h l r o s rp w ri v r tb e t sa i z t n c n r a h 0 1 B f a e o e e y s l ,i tbl ai a e c .O m.T e p p r o u e n t ep oe t n o el e e l s a s i o d h a e c s so r tci f f h o h s t a r t s l o t a a o d t a g ft D f as ,i C v i e d ma e o e L r m tt v rv l e a d o e u r n .T e cr u t a e n u e o af n h h o sa i o e ot n v rc r e t h ic i h b e s d f rh l c g a s a y a .I i v r tb e e r t s e sa l . y Ke r s L ;d v ic i;t mp r t r o t l tt y wo d : D i r e c ru t e e au e c nr ;sa i o c
半导体激光器的模式及特性
4.2.5 半导体激光器的模式
3. 横模 横模反映的是由于边界条件的存在对腔内电磁场形态的 横模反映的是由于边界条件的存在对腔内电磁场形态的 横向空间约束作用。 横向空间约束作用。 激光器的横模直 接影响到器件与 光纤的耦合效率 。 通常用近场图和 远场图来表示横 向光场的分布规 律。
4.2.6 半导体激光器的基本特性
4.2.6 半导体激光器的基本特性
5.光谱特性 光谱特性 (1) 峰值波长 在规定输出光功率时, 在规定输出光功率时,激光光谱内强度最大的光谱波长被定 义为峰值波长。 义为峰值波长。 (2)中心波长 中心波长 在光源的发射光谱中,连接 % 在光源的发射光谱中,连接50%最大幅度值线段的中点所对 应的波长称为中心波长 (3)谱宽与线宽 谱宽与线宽 包含所有振荡模式在内的发射谱总的宽度称为激光器的谱宽 发射谱总的宽度称为激光器的谱宽; 包含所有振荡模式在内的发射谱总的宽度称为激光器的谱宽; 某一单独模式的宽度称为线宽。 某一单独模式的宽度称为线宽。
4. 温度特性
I th = I 0 exp(T T0 )
Ith—温度为 时的阈值电流 温度为T时的阈值电流 温度为 I0—一个常数 一个常数 T—结区的绝对温度 结区的绝对温度 T0—LD的特征温度,与器件的材 的特征温度, 的特征温度 结构等有关。 料、结构等有关。对于 GaAs/GaALAs-LD T0=100~150K; ; InGaAsP/InP-LD T0=40~70K
4.2.6 半导体激光器的基本特性
5.光谱特性 光谱特性
LED和LD的光谱特性 和 的光谱特性
λ0 1.0 0.8 相 对 0. 光 6 强 0.4 0.2 40 60 0 -40 -20 0 20 40 λ0 λ0 1.0
脊波导半导体激光器模式特性研究与设计
1 脊 波 导模 式 分 析
如图 1 ,分析脊形区域 内的光波模式场。采用 有效折射率法 ,在弱导近似条件下 ,可以证明导 波模式的纵向分量比横向分量要小得多 ,引入 T M E
近似。将波导中的导波模式分为横 向分量E、且 的
(O C D) 的产生。E . i 等人通过设计弯 曲波导 BS n w t 结构 ,利用高阶模式在弯 曲波导中的损耗大的特点 制作了条宽 6 基侧模 L 岬 D。HY n 等人设计 了反 .ag
慷 =髓 斗 ; 斗 :瑶 ;
一
计算厚度 h 。计算时要输入精度z 可求 出对应不同 , 厚度 h 的有效折射率值 。
I pu ,l / n h z n tz 7 2 3
一
砖+ =磕最 + =瑶, 斗 2 ; ( 2)
一
其 中 、n为空气折射率 ,n、n波导层折射 : 3 , 率 ,n 有源 区折射 率 , 为横 向传播 常数 。n 。 4 = l 、 、 : = 、a a 2, = 。应用边界条件可得 模 式的特征方程如下 :
应的厚度 ( 单位p ) m 。如表 1 。
表 1 ,- l h数值关 系表 。 广
T b1 a .
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t .5 。 <0 。了 = + 亍彳 2 卜
√ l —r , 一, √l .
( 1 I)
t 为归一化宽度 ,r 为归一化高度 。twH,, =/ . =
第3 卷第2 4 期 2 1年6 0 1 月
长春理工大学学报 ( 自然科学版 )
Junl f h n cu i ri f cec n eh ooy Naua cec dt n) orao C a ghnUnv s y Sine d cn lg ( t l ine io e to a T r S E i
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大功率低阈值半导体激光器研究
作者:李静
来源:《数码设计》2020年第13期
摘要:大功率低阀值半导体激光器被应用于我国的各行各业,造福了整个社会。随着时代
的发展,半导体激光技术得到了极大的进步,首先对于半导体激光器来说,提升了它各方面的
性能,使它成为现在应用最广泛的激光器。其次,半导体激光器无论是体积还是重量等,都很
符合时代的理念,一方面利于存放与运输,另一方面以独特的形状更加适合操作与使用。另
外,这种激光器在实现大光腔结构结构的同时会使得阈值电流的密度保持不变,从而保证激光
器的低阈值。
关键词:大功率;低阀值;半导体;激光器
中图分类号:TN248.4文献标识码:A文章编号:1672-9129(2020)13-0070-01
引言:如今的半导体激光器凭借着它的优势逐渐取代了其它行业的激光光源,并且有着十
分良好的应用前景。这种激光器在社会中应用的好处已经体现了出来,首先在医疗方面,激光
手术刀的出现使得医疗有了很大的进步。其次是在軍事方面,实现制导跟踪以及制作激光雷达
等,提升了我国的军事实力,使得我国在国际上变的更加有话语权。半导体激光器主要是具备
一种大光腔结构,能够抑制CDD现象,从而增大光接触的面积,提升了输出效率。
1大功率半导体激光器相关技术研究
如今,利用半导体激光器发明固体激光器是主要的研究方向,因为该种激光器具备着体积
小、性能稳定、重量轻等优点。但是半导体激光器的驱动电源设计存在不合理的情况,容易造
成激光器在使用时被电流击穿,从而产生一定的损失与伤亡。因为半导体激光器的应用越来越
广泛,所以对电源的要求也越来越高。如果电源存在质量问题或者保护方式不当,可能会造成
激光器的损坏。另外,因为大功率半导体激光器的价格较高,如果损坏,将是很大的损失,所
以,如何保护激光器以及延长激光器的寿命是一个很大的问题。半导体激光器的功率转换效率
比较高,但是,它的密度却比较低。所以,如果能够将它的单元光功率提高一个量级,将会使
得它的应用范围变得更加广泛。大功率半导体激光器几乎在所有的电子领域都有涉及,它的进
展能够充分展现了我国光电子领域的发展与进步。
2大功率低阀值半导体激光器的应用
2.1医疗方面。大功率低阀值半导体激光器的应用在各行各业都比较广泛,它的输出功率
非常高,有的功率甚至可以达到几万瓦。并且该种激光器的能量转化效率比较高,可以节省大
量能源。将这种技术应用于医疗中,使我国的医疗水平得到了很大的提升。它在医疗中应用最
广泛的便是脱毛技术以及电刀,并且随着科技的发展,激光手术刀以及激光脱毛等技术已经实
现了量产,使我国的医学从传统步入了现代。激光器可通过发出连续波的形式应用于激光外科
手术,可以使手术变得更加简易与高效,从而提高手术的成功率。另外,它还可以通过脉冲的
形式实现脱毛、去除痤疮、皱纹等,使得我国的医疗向微创的形式发展,这是医学上极大的进
步。
2.2军事方面。
(1)半导体激光器制导跟踪。半导体激光器在军事方面的应用能够使我国的军事实力得
到很大的增强,使我们的国家更加强大,比如说利用半导体激光器可以实现军事导弹的跟踪功
能,通过编码调制,可使激光束向对准的目标进行发射;如果导弹在波速中飞行,一但它的位
置偏离中心,那么导弹尾部的信号探测器就会接受信号并且进行调整,从而使导弹回到原来的
位置,到达定好的目的。
(2)半导体激光雷达。半导体激光雷达具备多种好处,比如说它的体积较小,精度较高
等,具备着成像功能以及对图像进行实时处理的功能。使用半导体激光雷达,能够对目标进行
检测,并且对空气污染等情况进行测量。
(3)半导体激光引信。这种技术主要是对目标的距离进行测量,通过发射激光与接受激
光的信息进行一定的处理,从而计算出目标的准确位置,再设置爆炸点,在最合适的地方进行
引爆。
(4)激光测距。半导体激光可以被应用于激光夜视仪中,通过激光的隐蔽性,可以实现
对距离的精准测量,在探视敌情时有着非常好的效果。
(5)激光通信光源。半导体激光器具备着隐蔽性好、抗干扰等优点,是一种非常实用的
光源。将它的蓝绿光应用于潜艇中,可以实现对深海的探测以及通信;应用于卫星及航母,可
以保证通信的隐蔽性与安全性,从而保证我国的安全。
(6)半导体激光武器模拟。半导体激光器可以利用激光进行瞄准,并且在报警方面有着
非常好的作用。利用半导体激光武器模拟,可以在平时的军事演习中发挥较好的作用,以及有
利于研究新型的军训技术。
结束语:大功率低阈值半导体激光器具备着优秀的性能,如今社会中的电子行业几乎都有
着半导体激光器的影子,它能够被广泛应用足以说明了它的实用性。拿我们最熟悉的医疗与军
事方面来举例,它在这两个行业中的应用最为广泛,首先在医疗中出现了激光手术刀以及激光
脱毛等,减轻了很多患者的痛苦,这是医疗上一次巨大的进步。再说军事方面,利用半导体激
光器可以实现精准测距,以及应用于卫星、航母、潜艇等的通信,并且可以保证通信的安全与
隐蔽,还有就是使得军事演习更加逼真,方便研究军训战术等,总之,直接提升了我国的军事
实力。半导体激光器有些非常独特的性能,我国还需要不断进行研究,使得该种激光器得到更
大的进步,从而造福整个社会。
参考文献:
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