半導(dǎo)體激光器

半導(dǎo)體激光器目錄CONTENTS基本介紹及發(fā)展基本原理及構(gòu)成分類(lèi)、應(yīng)用及發(fā)展前景1234主要特性基本介紹及發(fā)展高能態(tài)電子束>低能態(tài)電子束高能態(tài)低能態(tài)同頻同相的光發(fā)射同頻同相光諧振腔內(nèi)多次往返放大激光激光：通過(guò)一定的激勵(lì)方式，實(shí)現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使得高能態(tài)電子束大于低能態(tài)電子束，當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)，便產(chǎn)生激光。激光具有很好的方向性和單色性。用途十分廣泛高功率半導(dǎo)體激光器①、1962年9月16日，通用電氣公司的羅伯特·霍爾（RobertHall）帶領(lǐng)的研究小組展示了砷化鎵（GaAs）半導(dǎo)體的紅外發(fā)射，

首個(gè)半導(dǎo)體激光器的誕生。②、70年代，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器，通過(guò)對(duì)光場(chǎng)和載流限制，從而研制出可在室溫下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)且壽命較長(zhǎng)的激光器。③、80年代，隨著技術(shù)提升，出現(xiàn)了量子陷和超晶格等新型半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)；1983年，波長(zhǎng)800nm的單個(gè)輸出功率已超過(guò)100mW，到了1989年，0.1mm條寬的則達(dá)到3.7W的連續(xù)輸出，轉(zhuǎn)換效率達(dá)39%。④、90年代在泵浦固體激光器技術(shù)推動(dòng)下，高功率半導(dǎo)體激光器出現(xiàn)突破進(jìn)展。。1992年，美國(guó)人又把指標(biāo)提高到一個(gè)新水平：1cm線(xiàn)陣連續(xù)波輸出功率達(dá)121W，轉(zhuǎn)換效率為45%?；驹順?gòu)成半導(dǎo)體激光器是指以半導(dǎo)體材料為工作物質(zhì)的半導(dǎo)體激光器，由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，不同種類(lèi)產(chǎn)生激光器不同。常用工作物質(zhì)有砷化（GaAs）、硫化鎘（CdS）等。工作原理：通過(guò)一定的激勵(lì)方式，在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶（導(dǎo)帶與價(jià)帶）之間，或能帶與雜質(zhì)能級(jí)之間，實(shí)現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。激勵(lì)方式主要有：電注入式、光泵浦、電激勵(lì)。而將十幾個(gè)或幾十個(gè)單管激光器芯片集成封裝、形成激光器靶條，將多個(gè)靶條耦合就可實(shí)現(xiàn)高功率半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器工作原理圖半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器基本結(jié)構(gòu)主要包括：1）光隔離器：其作用是防止LD輸出的激光反射，實(shí)現(xiàn)光的單向傳輸。位于LD的輸出光路上；2）監(jiān)視光電二極管（PD）：其作用是監(jiān)視LD的輸出功率變化，通常用于自動(dòng)功率控制。位于LD背出光面；3）尾纖和連接器；4）LD的驅(qū)動(dòng)電路（包括電源和LD芯片之間的阻抗匹配電路）；5）熱敏電阻：其作用是測(cè)量組件內(nèi)的溫度；6）熱電制冷器（TEC）：一種半導(dǎo)體熱電元件，通過(guò)改變外部工作電流的極性達(dá)到加熱和冷卻的目的；7）其他準(zhǔn)直激光器輸出場(chǎng)的透鏡、光纖耦合器及固定光纖的支架等。主要特性半導(dǎo)體激光器的特性轉(zhuǎn)換效率高：>70%。體積小：<1mm3壽命長(zhǎng)，可達(dá)數(shù)十萬(wàn)小時(shí)輸出波長(zhǎng)范圍廣：0.6-1.1um，2~3um。易調(diào)制：直接調(diào)制缺點(diǎn)：發(fā)散角大，光束質(zhì)量差。輸出特性：Ⅰ、輸出功率和轉(zhuǎn)換效率：標(biāo)志半導(dǎo)體激光器質(zhì)量水平的一個(gè)重要特征是轉(zhuǎn)換效率。通常用量子效率和功率效率來(lái)衡量。

1）功率效率：2）量子效率：量子效率定義為輸出光子數(shù)隨注入的電子數(shù)增加的比率，考慮到hv=Eg=eVb,有

而其中的

定義為斜率效率：

在實(shí)際測(cè)量中，由下式得出：

光束發(fā)散角：半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)并非嚴(yán)格的高斯光束，有較大的且在橫向和側(cè)向不對(duì)稱(chēng)光束發(fā)散角。由于半導(dǎo)體激光器有緣層較薄，因而在橫向有較大的發(fā)散角?式中，n2和d分別為激光器有緣層的折射率和厚度；n1為限制層的折射率；λ為激射波長(zhǎng)理想的高斯場(chǎng)分布半導(dǎo)體激光器發(fā)散角與有緣層厚度的關(guān)系顯然，當(dāng)d很小時(shí)，可忽略上式分母中的第二項(xiàng)，有可見(jiàn)，?隨d的增加而增加分類(lèi)、應(yīng)用及發(fā)展前景Ⅰ、半導(dǎo)體激光器的分類(lèi)有多種方法。按波長(zhǎng)分：中遠(yuǎn)紅外激光器、近紅外激光器、可見(jiàn)光激光器、紫外激光器等；按結(jié)構(gòu)分：雙異質(zhì)結(jié)激光器、大光腔激光器、分布反饋激光器、垂直腔面發(fā)射激光器；按應(yīng)用領(lǐng)域分：光通信激光器、光存儲(chǔ)激光器、大功率泵浦激光器、引信用脈沖激光器等；按管心組合方式分：?jiǎn)喂?、陣列（線(xiàn)陣、面陣）；按注入電流工作方式分：脈沖、連續(xù)、準(zhǔn)連續(xù)等；制備方法有同質(zhì)結(jié)合異質(zhì)結(jié)之分。分類(lèi)：Ⅱ、與同質(zhì)結(jié)激光器相比，異質(zhì)結(jié)激光器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）閾值電流低，同時(shí)閾值電流隨溫度的變化小；

2）由于界面處的折射率差異，光子被限制在作用區(qū)內(nèi)；

3）能實(shí)現(xiàn)室溫下的連續(xù)振蕩。應(yīng)用：半導(dǎo)體激光器應(yīng)用十分廣泛，主要分布在軍事、生產(chǎn)和醫(yī)療方面：軍事：Ⅰ)激光引信。半導(dǎo)體激光器是唯一能夠用于彈上引信的激光器。Ⅱ)激光制導(dǎo)。它使導(dǎo)彈在激光射束中飛行直至摧毀目標(biāo)。Ⅲ)激光測(cè)距。主要用于反坦克武器以及航空、航天等領(lǐng)域。Ⅳ)激光雷達(dá)。高功率半導(dǎo)體激光器已用于激光雷達(dá)系統(tǒng)

生產(chǎn)：Ⅰ)光纖通信。Ⅱ)光盤(pán)存取。Ⅲ)光信息處理。半導(dǎo)體激光器已用于光信息處理系統(tǒng)。Ⅳ)激光報(bào)警器。Ⅴ)激光機(jī)打印機(jī)。醫(yī)療：Ⅰ)激光手術(shù)治療。半導(dǎo)體激光已經(jīng)用于軟組織切除，組織接合、凝固和汽化。Ⅱ)激光動(dòng)力學(xué)治療。通過(guò)半導(dǎo)體激光照射使癌組